Proteomic analysis of cold stressed Arabidopsis thaliana chloroplasts

Low temperature is one of the major abiotic stresses limiting the productivity and the geographical distribution of many species. The effect of cold acclimatization is evident at chloroplast level because one of the main target of damages causes by low temperatures is the photosynthetic apparatus. For this reason our aim is to analyze the change in level of expression of chloroplast proteins during stress. 13-days old plants were acclimatized at 4°C for 1 week and treated at -10°C for 12 h and then recovered for 24 h. Freezing treatment produced stress phenotypes of rolling leaves, decrease in pigment content. At low temperature wild-type plants exhibited symptoms of severe oxidative stress: lipid peroxidation, chlorophyll bleaching, and photoinhibition. In acclimatated plants, which accumulate over twice as much zeaxanthin as the control, these symptoms were significantly ameliorated. The changes of total proteins in chloroplasts were examined using two-dimensional electrophoresis. Among 200 protein spots reproducibly detected on each gel, we found up- and down-regulated spots. Mass spectrometry analysis allowed the identification of 30 differentially expressed proteins, including well know cold-responsive proteins. Several proteins showed enhanced degradation during freezing stress, especially the photosynthetic proteins such as Rubisco activase (RcbA) and Rubisco large subunit (RcbL) of which 4 fragments were detected. The identified proteins are involved in several processes: photosynthesis, RNA processing, protein translation and processing, metabolism of carbon, nitrogen end energy. These proteins might work cooperatively to reach an homeostatic equilibrium to overcome stress conditions

Volatile organic compounds in truffle (Tuber magnatum Pico): Comparison of samples from different regions of Italy and from different seasons

In this paper volatile organic compounds (VOCs) from Tuber magnatum fruiting bodies were analyzed using a PTR-TOF-MS instrument. The aim was to characterize the VOC's profile of the fruiting bodies and identify if any VOCs were specific to a season and geographical areas. Multiple factorial analysis (MFA) was carried out on the signals obtained by MS. Experiments using ITS region sequencing proved that the T. magnatum life cycle includes the formation of fruiting bodies at two different times of the year. The VOCs profiles diverge when different seasonal and geographical productions are considered. Using PTR-TOF-MS, compounds present at levels as low pptv were detected. This made it possible to determine both the origin of fruiting bodies (Alba and San Miniato) and the two biological phases of fruiting bodies formation in San Miniato truffles

Aspetti dell’accumulo di selenio da parte di Allium sativum coltivato in terreni arricchiti con selenito o selenato: Il ruolo della comunità batterica della rizosfera

Il selenio è un elemento dalla doppia indole: è essenziale in tracce per molti organismi, compreso l’uomo, ma può risultare tossico a dosi di poco eccedenti la soglia ottimale. Molteplici sono le attività industriali e i processi tecnologici che utilizzano Se (la combustione dei fossili, l’incenerimento dei rifiuti urbani, la produzione di rame, nichel, ferro e acciaio, le pratiche agricole e la produzione di fertilizzanti). Ne consegue che il selenio può essere rilasciato nell’ambiente (suoli, acque superficiali, etc.) in dosi che rappresentano un rischio per la salute. Le forme di selenio che destano preoccupazione, in quanto altamente solubili e quindi biodisponibili, sono gli ossianioni selenito (Se4+, SeO32-) e selenato (Se6+, SeO42-). Risulta, quindi, importante rimuoverli dai siti contaminati. I metodi chimico-fisici, tuttavia, sono molto costosi e non pienamente efficienti. Un’alternativa promettente, a minor impatto ambientale, è rappresentata dalla bonifica biologica fito-assistita (phytoremediation), definita come l’impiego di piante per estrarre, sequestrare o detossificare i contaminanti. Le piante utilizzate devono essere capaci di tollerare il contaminante e di rimuoverlo tramite accumulo nei tessuti vegetali epigei. Lo studio qui proposto è finalizzato a verificare l’efficienza di fitoestrazione dell’aglio (Allium sativum) nei confronti del selenio in terreni contenenti il metalloide in forma di selenito o selenato. L’aglio, infatti, è una pianta officinale dotata, tra l’altro, della capacità di accumulare selenio. Questa proprietà è stata a lungo studiata per il ruolo che il selenio gioca nella dieta umana come microelemento e per le supposte proprietà antitumorigene che alcuni composti organici del selenio, presenti nei tessuti dell’aglio, sembrano possedere. Piante di aglio sono state allevate su suolo arricchito con selenato o selenito di sodio (10 ppm). Il selenio è stato somministrato all’inizio della sperimentazione in un unico apporto. Sui campioni vegetali, prelevati ad ogni campionamento, è stato determinato il peso della sostanza secca prodotta ed il contenuto totale in selenio tramite Spettrometria ad Assorbimento Atomico con Generatore di Idruri (AAS-HG). Oltre alle analisi tese a quantificare parametri quali il fattore di bioaccumulo (BF: Bioconcentration Factor), il fattore di traslocazione (TF: Translocation Factor) e l’efficienza di fitoestrazione (PE: Phytoextraction Efficiency) della specie vegetale oggetto di studio, particolare attenzione è stata data alla caratterizzazione della cenosi batterica della rizosfera al fine di evidenziare i possibili contributi all’efficienza di fitoestrazione del selenio da parte di A. sativum. A tal proposito, sui campioni di terreno prelevati è stata, di volta in volta, effettuata la determinazione del contenuto totale in selenio (con AAS-HG) e l’estrazione del DNA genomico totale. Attraverso successiva amplificazione della regione V3 del gene 16S rDNA ed analisi DGGE (Denaturing Gradient Gel Electrophoresis) è stata ricostruita la struttura della comunità batterica e la variazione dinamica della stessa in funzione del tempo, del trattamento con selenito o selenato, nonché in presenza di Allium sativum ovvero su terreno con vegetali. I dati ottenuti dimostrano che l’aglio accumula preferenzialmente selenio somministrato in forma di selenato e che, in sua presenza, la resa produttiva diminuisce. Paradossalmente, nel terreno trattato con selenato non vegetato si riscontrano concentrazioni di selenio minori di quelle del terreno vegetato. Tale risultato indica che la cenosi batterica, nel terreno nudo contaminato, ha portato ad una maggiore volatilizzazione del metalloide, suggerendo che la coltivazione di aglio sembra avere inibito proprio quei microorganismi capaci di volatilizzare il selenio. Per il trattamento con selenito si evidenzia un minore accumulo di Se nelle piante di aglio coltivate e, quindi, una maggior difficoltà di rimozione del selenio dal terreno, a causa della minore biodisponibilità dell’ossianione

Proteins from Tuber magnatum Pico fruiting bodies naturally grown in different areas of Italy

Background: A number of Tuber species are ecologically important. The fruiting bodies of some of these also have value as a cooking ingredient due to the fact that they possess exceptional flavor and aromatic properties. In particular, T. magnatum fruiting bodies (commonly known as truffles), are greatly appreciated by consumers. These grow naturally in some parts of Italy. However, the quality of these fruiting bodies varies significantly depending on the area of origin due to differences in environmental growth conditions. It is therefore useful to be able to characterize them. A suitable method to reach this goal is to identify proteins which occur in the fruiting bodies that are specific to each area of origin. In this work protein profiles are described for samples coming from different areas and collected in two successive years. To our knowledge this is the first time that proteins of T. magnatum have been thoroughly examined.Results: Using two dimensional electrophoresis, reproducible quantitative differences in the protein patterns (total 600 spots) of samples from different parts of Italy (accession areas) were revealed by bioinformatic analysis. 60 spots were chosen for further analysis, out of which 17 could probably be used to distinguish a sample grown in one area from a sample grown in another area. Mass spectrometry (MS) protein analysis of these seventeen spots allowed the identification of 17 proteins of T. magnatum.Conclusions: The results indicate that proteomic analysis is a suitable method for characterizing those differences occurring in samples and induced by the different environmental conditions present in the various Italian areas where T. magnatum can grow. The positive protein identification by MS analysis has proved that this method can be applied with success even in a species whose genome, at the moment, has not been sequenced. © 2013 Vita et al.; licensee BioMed Central Ltd