The genetic basis of natural variation for iron homeostasis in the maize IBM population

BACKGROUND: Iron (Fe) deficiency symptoms in maize (Zea mays subsp. mays) express as leaf chlorosis, growth retardation, as well as yield reduction and are typically observed when plants grow in calcareous soils at alkaline pH. To improve our understanding of genotypical variability in the tolerance to Fe deficiency-induced chlorosis, the objectives of this study were to (i) determine the natural genetic variation of traits related to Fe homeostasis in the maize intermated B73 × Mo17 (IBM) population, (ii) to identify quantitative trait loci (QTLs) for these traits, and (iii) to analyze expression levels of genes known to be involved in Fe homeostasis as well as of candidate genes obtained from the QTL analysis. RESULTS: In hydroponically-grown maize, a total of 47 and 39 QTLs were detected for the traits recorded under limited and adequate supply of Fe, respectively. CONCLUSIONS: From the QTL results, we were able to identify new putative candidate genes involved in Fe homeostasis under a deficient or adequate Fe nutritional status, like Ferredoxin class gene, putative ferredoxin PETF, metal tolerance protein MTP4, and MTP8. Furthermore, our expression analysis of candidate genes suggested the importance of trans-acting regulation for 2’-deoxymugineic acid synthase 1 (DMAS1), nicotianamine synthase (NAS3, NAS1), formate dehydrogenase 1 (FDH1), methylthioribose-1-phosphate isomerase (IDI2), aspartate/tyrosine/aromatic aminotransferase (IDI4), and methylthioribose kinase (MTK)

Plant-Made Nervous Necrosis Virus-Like Particles Protect Fish Against Disease

Virus-like particles (VLPs) of the fish virus, Atlantic Cod Nervous necrosis virus (ACNNV), were successfully produced by transient expression of the coat protein in Nicotiana benthamiana plants. VLPs could also be produced in transgenic tobacco BY-2 cells. The protein extracted from plants self-assembled into T = 3 particles, that appeared to be morphologically similar to previously analyzed NNV VLPs when analyzed by high resolution cryo-electron microscopy. Administration of the plant-produced VLPs to sea bass (Dicentrarchus labrax) showed that they could protect the fish against subsequent virus challenge, indicating that plant-produced vaccines may have a substantial future role in aquaculture

A translational synthetic biology platform for rapid access to gram-scale quantities of novel drug-like molecules

Plants are an excellent source of drug leads. However availability is limited by access to source species, low abundance and recalcitrance to chemical synthesis. Although plant genomics is yielding a wealth of genes for natural product biosynthesis, the translation of this genetic information into small molecules for evaluation as drug leads represents a major bottleneck. For example, the yeast platform for artemisinic acid production is estimated to have taken >150 person years to develop. Here we demonstrate the power of plant transient transfection technology for rapid, scalable biosynthesis and isolation of triterpenes, one of the largest and most structurally diverse families of plant natural products. Using pathway engineering and improved agro-infiltration methodology we are able to generate gram-scale quantities of purified triterpene in just a few weeks. In contrast to heterologous expression in microbes, this system does not depend on re-engineering of the host. We next exploit agro-infection for quick and easy combinatorial biosynthesis without the need for generation of multi-gene constructs, so affording an easy entrée to suites of molecules, some new-to-nature, that are recalcitrant to chemical synthesis. We use this platform to purify a suite of bespoke triterpene analogs and demonstrate differences in anti-proliferative and anti-inflammatory activity in bioassays, providing proof of concept of this system for accessing and evaluating medicinally important bioactives. Together with new genome mining algorithms for plant pathway discovery and advances in plant synthetic biology, this advance provides new routes to synthesize and access previously inaccessible natural products and analogs and has the potential to reinvigorate drug discovery pipelines

Postradiogene Dysphagie bei Patienten mit Oropharynxkarzinom

Hintergrund: Die Therapie von Oropharynxkarzinomen verursacht häufig Schluckstörungen und kann zu einer deutlichen Einschränkung der Lebensqualität führen. In dieser Studie wurden die Prävalenz und der Schweregrad der Dysphagie von Patienten untersucht, die vor >= einem Jahr eine primäre oder adjuvante Radio-(Chemo)therapie erhalten hatten. Diese Ergebnisse wurden den Erkenntnissen aus unseren Studien zur Dysphagie bei Patienten mit M. Parkinson gegenübergestellt.Material und Methoden: In diese prospektive Studie wurden 36 Patienten eingeschlossen. Zur Beurteilung des Schluckvermögens wurde eine flexibel-endoskopische Evaluation des Schluckens (FEES) mit verschiedenen Konsistenzen durchgeführt. Zur Klassifikation der Dysphagie wurde die Penetrations- und Aspirationsskala nach Rosenbek (PAS) erhoben. Zudem wurden die Schluckbeeinträchtigungsskala (SBS), Leaking und Residuen dokumentiert.Ergebnisse: Von allen Konsistenzen verursachte Flüssigkeit mit 72% betroffenen Patienten am häufigsten Pathologien (PAS 2-8). Vergleichend dazu war ein auffälliger PAS-Wert bei angedickter und fester Kost bei 53 bzw. 50% der Patienten vorhanden. 11 Patienten zeigten eine Aspiration bei Flüssigkeit (PAS-Wert 6-8). Interessanterweise wiesen operierte und bestrahlte Patienten im Gegensatz zu primär bestrahlten häufiger ein Leaking und Residuen, insbesondere von Flüssigkeit, auf. Die apparative Schluckuntersuchung hatte für 29% der Patienten eine klinische Konsequenz im Sinne einer Veränderung der Schluckbeeinträchtigungsskala.Diskussion: Dass operierte Patienten im Gegensatz zu primär bestrahlten vermehrt Residuen und Leaking zeigen, ist sicherlich durch die veränderte postoperative Anatomie begründet. Patienten mit Oropharynxkarzinom zeigen Pathologien insbesondere bei Flüssigkeiten, während Parkinsonpatienten feste Konsistenzen Schwierigkeiten mit ausgeprägter Residuenbildung bereiten. Dies kann dadurch bedingt sein, dass die verschiedenen Pathophysiologien der Grunderkrankungen sich in unterschiedlichen Phasen des Schluckaktes manifestieren.Fazit: Aufgrund der Häufigkeit der Dysphagie bei Patienten mit Oropharynxkarzinom besteht Handlungsbedarf. Bereits während des Tumor-Stagings sollten Patienten über eine mögliche permanente Schluckstörung mit entsprechenden Konsequenzen für den Alltag aufgeklärt werden. Im Rahmen der Tumornachsorge sollte die Dysphagiediagnostik als Standard erfolgen und vor allem das Schluckvermögen von Flüssigkeiten aufgrund vermehrter Aspirationsgefahr kontrolliert werden

Das Schluckvermögen von Tabletten bei Dysphagie-Patienten

Hintergrund: Auch Dysphagie-Patienten sind häufig auf eine regelmäßige Tabletteneinnahme angewiesen. Ist diese jedoch eingeschränkt, kann es zu einer beeinträchtigten Pharmakokinetik und zu lokalen Schleimhautreizungen kommen.In der vorliegenden Studie wird das Tabletten-Schluckvermögen von Patienten mit M. Parkinson (PD) mit dem von Oropharynxkarzinom (OC)-Patienten und dem gesunder Kontrollpersonen verglichen.Material und Methoden: 118 ambulante PD-Patienten aller Krankheitsstadien und 36 Patienten, die innerhalb der letzten zwei Jahren aufgrund eines OC behandelt wurden (primäre oder adjuvante Radio-(Chemo)-therapie) sowie 33 Kontrollpersonen wurden phoniatrisch inklusive flexibel-endoskopischer Schluckuntersuchung (FEES) untersucht. Das Schluckvermögen von vier in Größe, Form und Oberflächenbeschaffenheit sich unterscheidenden Placebotabletten und -kapseln wurde auf einer vierstufigen Skala beurteilt. Die Ergebnisse der drei Gruppen wurden gegenübergestellt und hinsichtlich signifikanter Korrelation zu anderen Schluckproblemen überprüft.Ergebnisse: In beiden Patienten-Kohorten waren Einschränkungen des Schluckens der Placebo-Tabletten häufig. Es waren jedoch hinsichtlich Größe und Form unterschiedliche Tabletten, die den PD- bzw. OC- Patienten Probleme bereiteten. PD-Patienten wiesen bei Kapseln die geringsten Probleme auf, während große ovale sowie sehr kleine Tabletten ihnen Schwierigkeiten bereiteten. OC-Patienten hatten hingegen am wenigsten Probleme mit kleinen Tabletten, während Kapseln für sie am schwierigsten zu schlucken waren.Diskussion: Interessanterweise sind die Einschränkungen des Tablettenschluckens krankheitsspezifisch und individuell verschieden. Deshalb sollten sich die Empfehlungen hinsichtlich der geeignetsten Darreichungsform den individuellen Defiziten anpassen. Eine mögliche Ursache dieser Unterschiede zwischen PD- und OC-Patienten beruht auf der andersgearteten Pathophysiologie der Erkrankungen und der am Schluckakt beteiligten Strukturen. Weitere Untersuchungen werden folgen, um repräsentative Rückschlüsse aus den Beobachtungen ziehen zu können.Fazit: Störungen des Tablettenschluckens sind in beiden Gruppen häufig. Im Rahmen einer FEES bei Dysphagie-Patienten sollten verschiedene Placebo-Tabletten getestet werden, um die am leichtesten zu schluckende Darreichungsform festzustellen. Die entsprechende individuelle Empfehlung minimiert das Risiko von schluckstörungsbedingten Wirkverlusten und Schleimhautirritationen

Postradiogene Dysphagie bei Patienten mit Oropharynxkarzinom

Hintergrund: Die Therapie von Oropharynxkarzinomen verursacht häufig Schluckstörungen und kann zu einer deutlichen Einschränkung der Lebensqualität führen. In dieser Studie wurden die Prävalenz und der Schweregrad der Dysphagie von Patienten untersucht, die vor >= einem Jahr eine primäre oder adjuvante Radio-(Chemo)therapie erhalten hatten. Diese Ergebnisse wurden den Erkenntnissen aus unseren Studien zur Dysphagie bei Patienten mit M. Parkinson gegenübergestellt.Material und Methoden: In diese prospektive Studie wurden 36 Patienten eingeschlossen. Zur Beurteilung des Schluckvermögens wurde eine flexibel-endoskopische Evaluation des Schluckens (FEES) mit verschiedenen Konsistenzen durchgeführt. Zur Klassifikation der Dysphagie wurde die Penetrations- und Aspirationsskala nach Rosenbek (PAS) erhoben. Zudem wurden die Schluckbeeinträchtigungsskala (SBS), Leaking und Residuen dokumentiert.Ergebnisse: Von allen Konsistenzen verursachte Flüssigkeit mit 72% betroffenen Patienten am häufigsten Pathologien (PAS 2-8). Vergleichend dazu war ein auffälliger PAS-Wert bei angedickter und fester Kost bei 53 bzw. 50% der Patienten vorhanden. 11 Patienten zeigten eine Aspiration bei Flüssigkeit (PAS-Wert 6-8). Interessanterweise wiesen operierte und bestrahlte Patienten im Gegensatz zu primär bestrahlten häufiger ein Leaking und Residuen, insbesondere von Flüssigkeit, auf. Die apparative Schluckuntersuchung hatte für 29% der Patienten eine klinische Konsequenz im Sinne einer Veränderung der Schluckbeeinträchtigungsskala.Diskussion: Dass operierte Patienten im Gegensatz zu primär bestrahlten vermehrt Residuen und Leaking zeigen, ist sicherlich durch die veränderte postoperative Anatomie begründet. Patienten mit Oropharynxkarzinom zeigen Pathologien insbesondere bei Flüssigkeiten, während Parkinsonpatienten feste Konsistenzen Schwierigkeiten mit ausgeprägter Residuenbildung bereiten. Dies kann dadurch bedingt sein, dass die verschiedenen Pathophysiologien der Grunderkrankungen sich in unterschiedlichen Phasen des Schluckaktes manifestieren.Fazit: Aufgrund der Häufigkeit der Dysphagie bei Patienten mit Oropharynxkarzinom besteht Handlungsbedarf. Bereits während des Tumor-Stagings sollten Patienten über eine mögliche permanente Schluckstörung mit entsprechenden Konsequenzen für den Alltag aufgeklärt werden. Im Rahmen der Tumornachsorge sollte die Dysphagiediagnostik als Standard erfolgen und vor allem das Schluckvermögen von Flüssigkeiten aufgrund vermehrter Aspirationsgefahr kontrolliert werden

Combining Transient Expression and Cryo-EM to Obtain High-Resolution Structures of Luteovirid Particles

The Luteoviridae are pathogenic plant viruses responsible for significant crop losses worldwide. They infect a wide range of food crops, including cereals, legumes, cucurbits, sugar beet, sugarcane, and potato and, as such, are a major threat to global food security. Viral replication is strictly limited to the plant vasculature, and this phloem limitation, coupled with the need for aphid transmission of virus particles, has made it difficult to generate virus in the quantities needed for high-resolution structural studies. Here, we exploit recent advances in heterologous expression in plants to produce sufficient quantities of virus-like particles for structural studies. We have determined their structures to high resolution by cryoelectron microscopy, providing the molecular-level insight required to rationally interrogate luteovirid capsid formation and aphid transmission, thereby providing a platform for the development of preventive agrochemicals for this important family of plant viruses

Bioinspired Silica Mineralization on Viral Templates

Plant virus capsids are attractive entities for nanotechnological applications because of their variation in shape and natural assembly ability. This chapter describes the production and modification of three differently shaped plant virus capsids for silica mineralization purposes. The chosen plant viruses exhibit either an icosahedral (cowpea mosaic virus, CPMV), or a flexuous rod-like structure (potato virus X, PVX), or a rigid rod-like shape (tobacco mosaic virus, TMV), and are well-known and frequently used plant viruses for biotechnological applications. We describe the production (including genetic or chemical modification) and purification of the plant viruses or of empty virus-like particles in the case of CPMV, as well as the characterization of these harvested templates. The mineralization procedures and differences in the protocols specific to the distinct viruses are described, and the analyses of the mineralization results are explained.</p