Long-distance electrical signaling after irrigation in sunflower plants under drought

Uma propriedade fundamental dos seres vivos é a condução de sinais elétricos através de seus tecidos. Mas esse fato pouco é lembrado quando se trata de organismos vegetais. Outro item fundamental é a geração de sinais que possam transmitir informações entre os tecidos e órgãos para um ajuste fino do metabolismo. Nas plantas esses sinais podem ser de natureza química, hidráulica e elétrica. Nesse último caso são conhecidos potenciais de ação (PA), de variação (PV), de ferimentos (WP) e sistêmicos (SP), cada um com sua particularidade quanto à amplitude, velocidade e rotas de propagação, bem como seu papel no metabolismo. Os sinais elétricos podem afetar a respiração, fotossíntese, absorção de água, ativação de genes e fechamento de folhas de plantas insetívoras. PAs podem se propagar com velocidade relativamente constante e sem decréscimo. Eles seguem a lei do tudo-ou-nada, ou seja, todo estímulo que desencadeia um PA deve atingir um limiar de excitação para desencadear o sinal. Assim que o limiar é atingido o sinal se autoperpetua ao passo que estímulos supra limiares desencadeiam PAs de amplitude constante. A via de propagação do PA é o vaso do floema. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a sinalização elétrica em resposta à irrigação em plantas de girassol sob déficit hídrico e caracterizar esse sinal quanto à amplitude, duração, velocidade e direção de propagação. Para tanto 37 plantas foram avaliadas por meio de eletrodos extracelulares. Elas foram monitoras eletrofisiologicamente durante um período em que eram irrigadas e em um período sob déficit hídrico. Desse montante, onze responderam à irrigação pela geração de potenciais de ação (PA), ou seja, 30% delas. Oito delas geraram PAs em direção ao ápice (propagação acrópeta) enquanto duas geraram na direção basípeta. Uma delas gerou nos dois sentidos. O PA foi gerado também pós-irrigação mesmo com a planta não tendo passado por déficit hídrico, porém só aconteceu em uma das onze plantas. Os sinais se propagaram no caule, pecíolo e nervura central das folhas. O potencial de ação é gerado após irrigação em plantas de girassol com maior frequência quando elas passam por período de déficit hídrico e se propagam por toda a planta. Isso evidencia o papel do PA na sinalização de longa distância nos vegetais.A fundamental property in the leaving beings is the conduction of electrical signals through their tissues. However, this fact is not always remembered when it comes to plant organisms. Another key process is the generation of signals that can transmit information among tissues and organs to a fine-tuning of the metabolism. In plants, these signals can be chemical, hydraulic and electrical. Concerning the last one, action potentials (AP), variation potentials (VP), wound potentials (WP) and system potentials (SP) are known; each one with its particularity regarding amplitude, velocity and propagation routes as well as its role in metabolism. The electrical signals may affect respiration, photosynthesis, water uptake, activation of genes and leaf closure in insectivorous plants. APs can spread with relatively constant speed and no decrement. They follow the all-or-nothing law, in another words, every stimulus that triggers an AP must reach a threshold to trigger the signal. Once the threshold is reached, the signal is self-perpetuating while stimuli above threshold trigger APs with constant amplitude. The propagation path of the AP is the phloem vessel. The aim of this work was to evaluate the electrical signaling in response to irrigation in sunflower plants under water deficit and characterize the AP regarding its amplitude, duration, velocity and propagation direction. Thirty seven plants were analyzed using extracellular electrodes. They were electrophysiologically monitored during a period when irrigated and in a period under drought. Eleven plants generated AP after irrigation, i.e. 30%. Eight of them generated AP that propagated acropetally while two generated in basipetal direction. One generated in both directions. The action potential was also generated in a plant that was not under drought stress, however it just happened in one of the eleven plants. The signals propagated in the stem, petiole and midrib of the leaves. The action potential is generated after irrigation in sunflower plants more frequently when they go through a period of water deficit and propagate throughout the plant. This highlights the role of AP in long-distance signaling in plants

A neurophysiological approach to acetylcholine in maize plants hydrated and under water stress conditions

A ocorrência de potenciais de ação e neurotransmissores, componentes principais do sistema nervoso animal, em plantas, bactérias e fungos mostra a universalidade dos princípios de sinalização e transmissão de informações na forma de sinais químicos e elétricos em todos os organismos. Esses tópicos de estudo, juntamente com inteligência em plantas e transporte vesicular de auxina, constituem as linhas de pesquisa principais da recém-criada Neurobiologia Vegetal. Entre os neurotransmissores encontrados em plantas, a acetilcolina atua, entre outras situações, no crescimento e desenvolvimento controlado pelo fitocromo e na permeabilidade iônica de membranas. Nesse contexto, foi sugerido que a acetilcolina pode desempenhar um papel importante na regulação do movimento estomático, tendo efeito estimulatório na abertura dos estômatos além de poder atuar na sinalização entre raiz e parte aérea. Dessa forma, foi proposto identificar a presença deste neurotransmissor em plantas de milho hidratadas e submetidas a estresse hídrico, com o objetivo de correlacionar a presença de acetilcolina com as respostas estomáticas de tais plantas. Além disso, foi objetivo do trabalho avaliar parâmetros fisiológicos como potencial hídrico, condutância estomática, transpiração e fotossíntese líquida e suas possíveis relações com a acetilcolina em três folhas das plantas hidratadas e estressadas. Para tanto, foi montado um experimento em blocos casualizados em esquema fatorial (2x3). Os fatores foram: água, nos níveis de hidratação e estresse, e idade das folhas nos níveis folha 4 (mais velha), folha 5 (idade intermediária) e folha 7 (mais jovem). As plantas foram divididas em 20 blocos, contendo uma planta hidratada e uma sob estresse cada e as análises fisiológicas feitas nas três folhas. As plantas foram colocadas em câmara de crescimento tipo BOD com controle de iluminação e temperatura. Após análises fisiológicas, as folhas foram utilizadas para extração e determinação de acetilcolina. Os extratos purificados e secos foram submetidos à pirólise e cromatografia gasosa e as substâncias identificadas por espectrometria de massas. Não foi detectada acetilcolina nas plantas, apesar de estudos anteriores demonstrarem sua ocorrência em folhas e sementes de milho. Hipóteses foram levantadas para explicar tal fato. Quanto as variáveis fisiológicas, o déficit hídrico reduziu em aproximadamente 59% a transpiração, em 65% a condutância estomática e em 59% a fotossíntese das plantas. Condutância estomática e transpiração, condutância e fotossíntese, e transpiração e fotossíntese apresentaram intensa correlação. Já o potencial hídrico teve baixa correlação com essas variáveis. Quanto ao fator idade, folhas 7 apresentaram maiores valores de fotossíntese, condutância e transpiração que as folhas 4 e 5.The occurrence of action potential and neurotransmitters, the major components of animal nervous system, in plants, bacteria and fungi, shows the universality of signaling principles and information transmission in the way of chemical and electrical signals in all organisms. These study topics, along with plant intelligence and vesicular-based auxin transport, constitute the major research lines of the newly created Plant Neurobiology. Among the neurotransmitters found in plants, the acetylcholine plays a role in phytochromecontrolled growth and development and in membrane ion permeability. In this context, it was suggested that acetylcholine can play an important role in the regulation of stomatal movements, having stimulatory effect in the stomatal opening. In addition it can play a role in root-to-shoot signaling process. Therefore, it was proposed to identify the presence of this neurotransmitter in maize plants hydrated and under water stress, with the aim of correlating the presence of acetylcholine with the stomatal responses of such plants. Moreover, another aim of the study was to evaluate physiological parameters like water potential, stomatal conductance, transpiration rate and net photosynthetic rate and their possible relationship with the acetylcholine in three leaves of hydrated and stressed plants. Therefore, an experiment was set up in randomized block design in 2x3 factorial. The factors were: water, in the levels of hydration and stress, and leaves age in the levels leaf 4 (older), leaf 5 (intermediary age) and leaf 7 (younger). The plants were divided in 20 blocks, and each one has had one hydrated plant and one stressed plant and the physiological analysis was made in three leaves. The plants were placed in B.O.D. growth chamber under controlled conditions of light and temperature. After the physiological analysis, the leaves were used to extraction and determination of acetylcholine. The dried and purified extracts were subjected to pyrolysis and gas chromatography and the substances identified by mass spectrometry. The acetylcholine was not detected in plants, although earlier studies have had demonstrated its occurrence in maize leaves and seeds. Hypotheses were elaborated to explain such fact. Regarding the physiological variables, water stress reduced the plants transpiration rate in 59%, stomatal conductance in 65% and net photosynthesis in 59%. Stomatal conductance, transpiration and photosynthesis were strongly related. On the other hand, the water potential showed weak correlation with that variable. As for the age factor, leaves 7 had higher photosynthetic rates, conductance and transpiration than the leaves 4 and 5

Evaluation of allelopathic potential of leaf extract of kielmeyera coriacea on lactuca sativa l

Kielmeyera coriacea Mart. (Clusiaceae), popularly known as “pau-santo”, is a typical Brazilian cerrado tree known due to its varied secondary metabolites. This study aimed to determine the allelopathic potential of the hydroalcoholic extract of leaves of K. coriacea through bioassays of seed germination, seedling growth and mitotic index of Lactuca sativa L. (lettuce). In addition it was done the tetrazolium assay and a phytochemical screening. The extract concentrations caused alterations in germination parameters, in root growth and in the mitotic index. The phytochemical screening showed the presence of triterpenes, coumarins, steroids, flavonoids and condensed tannins, compounds known to confer allelopathic characteristics upon other species. These data indicate that K. coriacea presents an allelopathic potential because its leaf extracts interfere with germination and growth without any interference of pH and osmotic potential in the results.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP

Label-free quantitative proteomics of enriched nuclei from sugarcane (saccharum ssp) stems in response to drought stress

Drought is considered the major abiotic stress limiting crop productivity. This study seeks to identify proteins involved in the drought response in sugarcane stems submitted to drought stress. The integration of nuclei enrichment sample preparation with the shotgun proteomic approach results in great coverage of the sugarcane stem proteome with 5381 protein groups identified. A total of 1204 differentially accumulated proteins are detected in response to drought, among which 586 and 618 are increased and reduced in abundance, respectively. A total of 115 exclusive proteins are detected, being 41 exclusives of drought-stressed plants and 74 exclusives of control plants. In the control plants, most of these proteins are related to cell wall metabolism, indicating that drought affects negatively the cell wall metabolism. Also, 37 transcription factors (TFs) are identified, which are low abundant nuclear proteins and are differentially accumulated in response to drought stress. These TFs are associated to protein domains such as leucine-rich (bZIP), C2H2, NAC, C3H, LIM, Myb-related, heat shock factor (HSF) and auxin response factor (ARF). Increased abundance of chromatin remodeling and RNA processing proteins are also observed. It is suggested that these variations result from an imbalance of protein synthesis and degradation processes induced by drought1914CNPQ - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoFAPESP – Fundação de Amparo à Pesquisa Do Estado De São Paulo008/58035-6; 2013/10779-5; 14/25994-1; 2016/06236sem informaçã