Applications of biotechnology in olive

Many scientific and technological fields make use of biotechnology. Among the most important applications of biotechnology in agriculture are large-scale commercial micropropagation, genetic transformation and the development of transgenic varieties, embryo rescue in plant breeding programs, genotyping based on DNA markers, studies of genetic evolution and diversity, and genome sequencing. These myriad applications of modern biotechnology and molecular biology are being applied to the olive tree, a crop cultivated for thousands of years in many places of the world and whose products are consumed globally. The selection and development of olive cultivars by conventional breeding methods is costly and time consuming, therefore, the application of biotechnology procedures and techniques, such as in vitro cultivation, molecular markers, and genomic and genetic transformation in this species may facilitate the improvement of important traits of this crop, such as biotic and abiotic resistance and tolerance, yield performance and oil quality. In this review, we present current applications of modern biotechnology and molecular biology in olive species.Keywords: Olea europaea, tissue culture, molecular markers, genetic transformation, genomic diversityAfrican Journal of Biotechnology Vol. 12(8), pp. 767-77

Evaluation of nine maize inbred lines in diallel cross in relation to aluminum tolerance

Avaliaram-se nove linhagens endogâmicas de milho e seus cruzamentos quanto à tolerância ao alumínio (Al), em um dialelo incompleto. Foram utilizados os índices fenotípicos de comprimento relativo de raiz seminal (CRRS), comprimento líquido de raiz seminal (CLRS) e coloração por hematoxilina, determinados após sete dias de crescimento em solução nutritiva contendo 222 mmoles L-1 de Al. Os resultados dos cruzamentos dialélicos demonstraram que os efeitos aditivos foram mais importantes que os efeitos não-aditivos para os três índices avaliados. As linhagens L13, L724, L723 e L16 seriam as mais indicadas para a obtenção de híbridos visando tolerância ao Al, por apresentarem os melhores valores de capacidade geral de combinação e por participarem dos cruzamentos de melhor capacidade específica de combinação. Uma correlação de 0,76 foi observada entre os índices CLRS e a coloração por hematoxilina, de 0,63 entre CLRS e CRRS e de 0,27 entre CRRS e coloração por hematoxilina. A coloração por hematoxilina demonstrou ser uma valiosa ferramenta para programas de melhoramento de milho que visam a seleção de genótipos com maior tolerância ao alumínio.Nine maize inbred lines and their hybrid combinations were evaluated in incomplete diallel crosses to study the aluminum (Al) tolerance behavior. The phenotypic indexes used to determine Al tolerance were the relative seminal-root length (RSRL), the net seminal-root length (NSRL) and the hemathoxylin staining, determined after seven days of growth in nutrient solution with 222 mmoles L-1 of Al. The diallel crosses results showed that additive effects were more important than not additive effects, for all indexes evaluated. Maize lines L13, L724, L723, and L16 showed better behaviour for general combining ability (GCA) and specific combining ability (SCA) and are the more indicated for obtaining Al-tolerant hybrids. The correlation observed between NSRL and hematoxylin staining was 0.76, between NSRL and RSRL was 0.63 and between RSRL and hematoxylin staining equal to 0.27. Therefore, hematoxylin appears to be a suitable tool to assist Al-tolerance selection in maize breeding programs

Outcrossing rate in olive assessed by microsatellite and inter simple sequence repeat (ISSR) markers

Olive is known to be an allogamous species. The aim of this study was to estimate the magnitude of cross-pollination rate using microsatellite simple sequence repeats (SSR) and inter simple sequence repeats (ISSR) molecular markers in olive genotypes. The DNA from maternal plants and 23 progenies of two different accessions, Ascolano USA and MGS GRAP541 were extracted and screened with two microsatellite and ten ISSR markers. The outcrossing rate and other related parameters were analyzed using the MLTR application. The set of estimates, individually and collectively, support the hypothesis of frequent allogamy in both olive genotypes evaluated, with high rates of outcrossing in both markers.Keywords: Olea europaea L., outcrossing rate, zygotic embryos, mating system, molecular marker

FERTILIZANTES NA PRODUÇÃO DE MUDAS DE OLIVEIRA ‘ARBEQUINA’

In this work evaluated the effect of fertilizers in the final phase of olive rooted stem cuttings production. The experimental set was carried out in the Experimental Farm of EPAMIG, located in the city of Maria da Fé, Minas Gerais State, Brazil. The work developed with rooted hard-cuttings of Arbequina cultivar started in beginning of February 2008. The experimental design was of completely randomized plots with four replicates of 12 plants for each experimental plot. The plants were cultivated in pots containing 2 dm3 of soil substratum. Four commercial fertilizers were evaluated: Ativo®; Brotax-Micro®; Fert Bokashi®; and Nippoterra®, in five concentration levels (cm3 dm-3): 0; 1; 2; 3; and 4. All fertilizer treatments were applied at 15-days intervals during the period of 120 days and each experimental plot was sprayed with 0,5 dm3 of treatment solution. After 60 days the average number of buds and bud length were evaluated. Further, after 120 days of treatment, were evaluated the averages of shoot and root length; root number; shoot fresh and dry weight; and root fresh and dry weight. During the last phase of olive rooted cuttings production, the treatments using the fertilizers Ativo®, Brotax-Micro®, Fert Bokashi® and Nippoterra® showed better result than the treatment control (no fertilizer). The fertilizers with the best performance were Brotax-Micro® and Nippoterra® while the dosage of 4 cm3 dm-3 showed the higher response for all fertilizers tested.O trabalho teve por objetivo avaliar os efeitos da aplicação de fertilizantes comerciais na fase final de produção de mudas de oliveira. A pesquisa foi conduzida na Fazenda da EPAMIG, localizada no município de Maria da Fé, MG. As atividades de pesquisa iniciaram em 2008, sendo utilizadas estacas semilenhosas enraizadas de ‘Arbequina’. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado, com quatro repetições e 12 mudas por parcela, cultivadas em sacolas plásticas com capacidade de 2 dm3 de substrato. Avaliou-se quatro fertilizantes comerciais: Ativo®; Brotax-Micro®; Fert Bokashi®; e Nippoterra®, em cinco dosagens (cm3 dm-3): 0; 1; 2; 3; e 4. Os fertilizantes foram aplicados em intervalos de 15 dias após instalação do ensaio, durante um período de 120 dias. Cada parcela experimental foi pulverizada com 0,5 dm3 de solução. Aos 60 dias foram avaliados o número médio de brotações e o comprimento médio de brotações e aos 120 dias, altura da planta; número médio de raízes; comprimento do sistema radicular; massa da fitomassa seca da parte aérea e massa da fitomassa seca da raiz. Observou-se pelos resultados que os fertilizantes Ativo®, Brotax-Micro®, Fert Bokashi® e Nippoterra® tiveram desempenho favorável na etapa final de produção de mudas de oliveira; Todos fertilizantes testados, quando aplicados na dosagem de 4 cm3 dm-3, proporcionaram mudas maiores e com sistema radicular mais desenvolvido, em relação à testemunha

Characterization and utilization of genes involved with aluminum tolerance in maize

Orientador: Marcelo MenossiTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: Solos ácidos são encontrados em todas as regiões do planeta e em grandes proporções nas regiões tropicais e subtropicais. Como conseqüência da acidez do solo, o alumínio (Al), metal mais abundante da crosta terrestre, torna-se solúvel e atinge concentrações tóxicas para a maioria das espécies de plantas cultivadas. O primeiro dano provocado pelo Al iônico é a redução do desenvolvimento radicular, causando distúrbios fisiológicos que acarretam na redução da produção. Devido às limitações dos métodos convencionais de correção do pH do solo e a necessidade de longos períodos de tempo para o desenvolvimento de novas cultivares pelo melhoramento genético clássico, muita ênfase tem sido dada para a compreensão dos mecanismos de toxidez e de tolerância ao Al em plantas. Pois, com a aquisição destes conhecimentos, espera-se mais sucesso na obtenção de plantas tolerantes ao Al com o emprego da tecnologia de DNA recombinante e da seleção assistida por marcadores moleculares. Neste trabalho utilizamos duas linhagens de milho contrastantes para tolerância ao Al: Cat100-6 (tolerante ao Al) e S1587-17 (sensível ao Al), com o objetivo de estudar as alterações na expressão gênica promovidas pelo estresse de Al no ápice radicular. A presente tese esta dividida em três linhas de pesquisa: i) identificação, clonagem e caracterização de um gene codificando uma enzima glutationa S-transferase e avaliação dos efeitos do Al na sua expressão gênica; ii) avaliação das alterações na expressão gênica em ápices de raízes de duas linhagens de milho quando submetidos ao estresse de Al, utilizando um sistema de hibridização heterólogo com ESTs (expressed sequence tags) de cana-de-açúcar; e iii) clonagem e caracterização em milho do gene ALMT1, pertencente a uma nova classe de proteína transportadora de moléculas orgânicas especificamente ativada pelo Al. No trabalho com o gene GST27.2 observamos que este gene foi induzido pelo estresse provocado por Al e por Cd (cadmio) e que mutações que provocavam alterações na composição de aminoácidos da proteína poderiam promover alterações vi na atividade e na especificidade desta enzima. Além disso, o gene GST27.2 parece ser um novo alelo do gene GST27 estando presente como cópia única no genoma das linhagens de milho estudadas. Já no trabalho de avaliação da expressão gênica em larga escala, foram identificados 85 genes nos ápices radiculares das duas linhagens de milho cuja expressão foi diferencialmente alterada pela presença do Al. Embora alguns dos genes já tivessem sido descritos como responsivos ao Al, para a maior parte dos genes identificados neste trabalho, este foi o primeiro relato descrevendo seu envolvimento com o estresse de Al. A clonagem em milho do gene homológo ao gene ALMT1, demonstrou que o milho também deve ter uma proteína de membrana presente em células do ápice radicular que pode estar envolvida com transporte de moléculas orgânicas. Embora a proteína não esteja envolvida com o transporte de malato, a mesma teve sua atividade melhorada pela presença do Al. Entretanto, o gene que codifica esta proteína é reprimido no tecido do ápice radicular das linhagens de milho tolerante e sensível ao Al, o que pode indicar a existência de regulação pós-transcricional. Os resultados obtidos a partir destas três abordagens contribuíram para a compreensão dos mecanismos de tolerância e toxidez ao Al em raízes de milho. Futuramente, essas informações auxiliarão na escolha de genes mais apropriados para a criação de plantas geneticamente alteradas mais adaptadas a presença do Al no soloAbstract: Acid soils are found worldwide but most of them are located in tropical and subtropical regions. Aluminum (Al), the most abundant metal on the earth surface, becomes soluble in the soil solution as consequence of low pH in acid soils and achieves phytotoxic levels for most of the cultivated plant species. The first symptom of Al toxicity is the inhibition of the root growth that promote physiological disturbs reducing crop yield. Because of limitations of correcting soil pH by liming and the time-consuming process of traditional plant breeding, the elucidation of the mechanisms involved with plant Al-tolerance and Al-toxicity has received more attention, since the production of genetically altered plants has emerged as an effective and fast strategy to the production of improved cultivars. Two maize lines, Cat100-6 (Al-tolerant) and S1587-17 (Al-sensitive), were used in this study with the aim of understanding at the transcriptional level the alterations promoted by Al on the roots. The research was divided in three main sections: i) detection, cloning and characterization of a gene encoding a Glutathione S-transferase in maize and evaluation of Al effects on its expression; ii) Large-scale evaluation of gene expression in root tips of maize under Al stress using a heterologous system with Expressed Sequence Tags (ESTs) of sugarcane; and iii) cloning and characterization of the ALMT1 gene in maize and evaluation of Al-effects on its activity. In the first section was observed that Al and Cd-stress induced the GST27.2 gene. Two mutations present on the nucleotide chain of this gene promoted alteration on the amino acid compositions. These alterations might be responsible by alterations on the specificity and activity of the GST enzyme. Besides that, the GST27.2 is a single copy gene in maize and seem to be a new allele of GST27. In the section of large-scale gene expression evaluation were identified 85 genes in root tips of two Al-tolerant contrasting maize lines whose expression was altered by Al stress. Although several of the genes identified here were previously described as Al responsive in other works, to most of them this study is the first report about the involvement of these genes with Al stress. The cloning of the ALMT1 homologue in tissue from the root apex of maize shown that maize has a gene encoding a membrane protein that might be involved with organic molecules transport. Although the protein encoded by the maize homologue gene was not associated with malate transport the activity of this protein was stimulated by the presence of Al. Interestingly, the gene expression of the this gene was repressed by Al in the Al-tolerant and Al-sensitive genotype. This result might be an indicative of existence of posttranscriptional regulation. The results accomplished with the experiments described here launched new light into the understanding of the Al-tolerance and Al-toxicity mechanisms in maize roots. Furthermore, the information presented here will contribute to a more accurate selection of genes that will be used to produce transgenic plants better adapted to soils with high Al concentrationDoutoradoGenetica Vegetal e MelhoramentoDoutor em Genetica e Biologia Molecula