Direct analysis of valuable by-products in cork wastewater

[EN] Cork sector plays an important economic role in several Mediterranean regions whose manufacturing process consists of several stages involving waste generation, mainly industrial water or cork boiling wastewater (CBW). These waste products have traditionally been considered as simple pollutants, but CBW contains interesting compounds for recovery, however, their chemical characterization is long, difficult and expensive due to the high organic load. This work studied an advanced valorization of CBW through a sequential process. In a first step, a wide range of phenolic compounds were analyzed in CBWs, identifying the most interesting ones for commercial purposes. Furthermore, the phenolic fraction was separated by green techniques and the supernatant studied to detect and quantify remained by-products, highlighting low molecular weight polyphenols together with significant concentrations of carbohydrates made up of glucose, galactose and arabinose among others. In conclusion, we propose a methodology that offers a quick and efficient way to analyze the most important byproducts in CBWs and a design of a recovery and purification process by eco-friendly and efficient techniques.SICICYTEX was supported by Project INNOACE, which is cofunded by the European Regional Development Fund (ERDF) through the Interreg V-A Spain-Portugal (POCTEP) 2014–2020′Programme. HM was financially supported by MICINN project TED2021- 131392A-I00/AEI/10.13039/501100011033/Uni´on Europea NextGenerationEU/ PRTR. ALG was recipient of a María Zambrano postdoctoral fellowship/Uni´on Europea NextGenerationEU/PRTR

Fourier transform mid infrared spectroscopy applications for monitoring the structural plasticity of plant cell walls

[EN] Fourier transform mid-infrared (FT-MIR) spectroscopy has been extensively used as a potent, fast and non-destructive procedure for analyzing cell wall architectures, with the capacity to provide abundant information about their polymers, functional groups, and in muro entanglement. In conjunction with multivariate analyses, this method has proved to be a valuable tool for tracking alterations in cell walls. The present review examines recent progress in the use of FT-MIR spectroscopy to monitor cell wall changes occurring in muro as a result of various factors, such as growth and development processes, genetic modifications, exposition or habituation to cellulose biosynthesis inhibitors and responses to other abiotic or biotic stresses, as well as its biotechnological applicationsSIThe authors thank Antonio Encina, Penélope García-Angulo, and María de Castro for their helpful scientific discussion, and to Denise Phelps for the English revision of the manuscrip

Early habituation of maize (Zea mays) suspension-cultured cells to 2,6- diclorobenzonitrile is associated with the enhancement of antioxidant status

30 p.The cellulose biosynthesis inhibitor 2,6-diclorobenzonitrile (DCB) has been widely used to gain insights into cell wall composition and architecture. Studies of changes occurring during incipient habituation to DCB can provide information on early cell mechanisms leading to cope with DCB-induced stress. In this context, maize cultured cells with a reduced amount of cellulose were obtained by stepwise habituation to low DCB concentrations. The results reported here attempt to elucidate the putative role of an antioxidant strategy during incipient habituation. The short-term exposure to DCB of non-habituated maize cultured cells induced a substantial increase in oxidative damage. Concomitantly, short-term treated cells presented an increase in class III peroxidase and glutathione S-transferase activities and total glutathione content. Maize cells habituated to 0.3 – 1 μM DCB (incipient habituation) were characterised by a reduction in the relative cell growth rate, an enhancement of ascorbate peroxidase and class III peroxidase activities, and a net increment in total glutathione content. Moreover, these cell lines showed increased levels of glutathione S-transferase activity. Changes in antioxidant/detoxifying status enabled 0.3 and 0.5 μM DCB-habituated cells to control lipid peroxidation levels, but this was not the case of maize cells habituated to 1 μM DCB, which despite showing an increased antioxidant capacity were not capable of reducing the oxidative damage to control levels. The results reported here confirm that exposure and incipient habituation of maize cells to DCB are associated with an enhancement in antioxidant/detoxifying activities which could play a role in incipient DCB habituation of maize cultured cellsS

Functional Interchangeability of Nucleotide Sugar Transporters URGT1 and URGT2 Reveals That urgt1 and urgt2 Cell Wall Chemotypes Depend on Their Spatio-Temporal Expression

[EN] Nucleotide sugar transporters (NSTs) are Golgi-localized proteins that play a role in polysaccharide biosynthesis by transporting substrates (nucleotide sugars) from the cytosol into the Golgi apparatus. In Arabidopsis, there is an NST subfamily of six members, called URGTs, which transport UDP-rhamnose and UDP-galactose in vitro. URGTs are very similar in protein sequences, and among them, URGT1 and URGT2 are highly conserved in protein sequence and also showed very similar kinetic parameters toward UDP-rhamnose and UDP-galactose in vitro. Despite the similarity in sequence and in vitro function, mutants in urgt1 led to a specific reduction in galactose in rosette leaves. In contrast, mutants in urgt2 showed a decrease in rhamnose content in soluble mucilage from seeds. Given these specific and quite different chemotypes, we wonder whether the differences in gene expression could explain the observed differences between the mutants. Toward that end, we analyzed whether URGT2 could rescue the urgt1 phenotype and vice versa by performing a promoter swapping experiment. We analyzed whether the expression of the URGT2 coding sequence, controlled by the URGT1 promoter, could rescue the urgt1 rosette phenotype. A similar strategy was used to determine whether URGT1 could rescue the urgt2 mucilage phenotype. Expression analysis of the swapped genes, using qRT-PCR, was similar to the native URGT1 and URGT2 genes in wild-type plants. To monitor the protein expression of the swapped genes, both URGTs were tagged with green fluorescent protein (GFP). Confocal microscopy analyses of the swapped lines containing URGT2-GFP showed fluorescence in motile dot-like structures in rosette leaves. Swapped lines containing URGT1-GFP showed fluorescence in dot-like structures in the seed coat. Finally, the expression of URGT2 in urgt1 mutants rescued galactose reduction in rosette leaves. In the same manner, the expression of URGT1 in urgt2 mutants recovered the content of rhamnose in soluble mucilage. Hence, our results showed that their expression in different organs modulates the role in vivo of URGT1 and URGT2. Likely, this is due to their presence in different cellular contexts, where other proteins, acting in partnership, may drive their functions toward different pathways.SIThis work was supported by FONDECYT 11160787 and 1204467 (SS-A), 1151335 (AO), and 3170796 (AL-G), FONDAP- Centro de Regulación del Genoma 15090007 (AO), ECOSud-CONICYT C14B02 (AO), and PAI 79170136 (SS-A)

Quinclorac-habituation of bean (Phaseolus vulgaris) cultured cells is related to an increase in their antioxidant capacity

7 p.The habituation of bean cells to quinclorac did not rely on cell wall modifications, contrary to what it was previously observed for the well-known cellulose biosynthesis inhibitors dichlobenil or isoxaben. The aim of the present study was to investigate whether or not the bean cells habituation to quinclorac is related to an enhancement of antioxidant activities involved in the scavenging capacity of reactive oxygen species. Treating non-habituated bean calluses with 10 μM quinclorac reduced the relative growth rate and induced a two-fold increase in lipid peroxidation. However, the exposition of quinclorac-habituated cells to a concentration of quinclorac up to 30 μM neither affected their growth rate nor increased their lipid peroxidation levels. Quinclorac-habituated calluses had significantly higher constitutive levels of three antioxidant activities (class-III peroxidase, glutathione reductase, and superoxide dismutase) than those observed in non-habituated calluses, and the treatment of habituated calluses with 30 μM quinclorac significantly increased the level of class III-peroxidase and superoxide dismutase. The results reported here indicate that the process of habituation to quinclorac in bean callus-cultured cells is related, at least partially, to the development of a stable antioxidant capacity that enables them to cope with the oxidative stress caused by quinclorac. Class-III peroxidase and superoxide dismutase activities could play a major role in the quinclorac-habituation. Changes in the antioxidant status of bean cells were stable, since the increase in the antioxidant activities were maintained in quinclorac-dehabituated cellsS

Ectopic lignification in primary cellulose-deficient cell walls of maize cell suspension cultures

18 p.Maize (Zea mays L.) suspension-cultured cells with up to 70% less celluloseQ1 were obtained by stepwise habituation to dichlobenil (DCB), a cellulose biosynthesis inhibitor. Cellulose deficiency was accompanied by marked changes in cell wall matrix polysaccharides and phenolics as revealed by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. Cell wall compositional analysis indicated that the cellulosedeficient cell walls showed an enhancement of highly branched and cross-linked arabinoxylans, as well as an increased content in ferulic acid, diferulates and pcoumaric acid, and the presence of a polymer that stained positive for phloroglucinol. In accordance with this, cellulosedeficient cell walls showed a fivefold increase in Klasontype lignin. Thioacidolysis/GC-MS analysis of cellulosedeficient cell walls indicated the presence of a ligninlike polymer with a Syringyl/Guaiacyl ratio of 1.45, which differed from the sensu stricto stress-related lignin that arose in response to short-term DCB-treatments. Gene expression analysis of these cells indicated an overexpression of genes specific for the biosynthesis of monolignol units of lignin. A study of stress signaling pathways revealed an overexpression of some of the jasmonate signaling pathway genes, which might trigger ectopic lignification in response to cell wall integrity disruptions. In summary, the structural plasticity of primary cell walls is proven, since a lignification process is possible in response to cellulose impoverishmentS

Experiencias fascinantes en la docencia de la Biología de las Plantas

[ES] “Savia Sabia” es un grupo de innovación docente integrado por docentes del Área de Fisiología Vegetal de la Universidad de León, dedicado a crear entornos educativos motivadores para la enseñanza de la Biología de las Plantas. Entre sus objetivos está la puesta en marcha de recursos de enseñanza-aprendizaje basados en la fascinación por las plantas. Desde que comenzó como grupo en 2014, su filosofía ha sido motivar el interés de los alumnos de los Grados de Biotecnología y Biología por el mundo de la Biología de las Plantas a través de actividades en las que participan directamente y desarrollan diferentes habilidades. Muchos de estos recursos han surgido a partir de la participación del grupo en el Día internacional de Fascinación por las Plantas, a través de la puesta en marcha del Taller denominado “Experimentos fascinantes con plantas”. Fruto de esta iniciativa surgió la publicación del libro “Experimentos fascinantes con plantas” y de vídeos en YouTube, que facilitaran la integración de los experimentos en la docencia propia de diversos niveles educativos. Otros proyectos han consistido en la elaboración del programa de radio “Hablando en verde”, la obra de teatro “Historia de la Biotecnología Vegetal”, la edición de mini-vídeos “Yo me quedo en casa estudiando Fisiología Vegetal”, un taller de escritura científica, así como el desarrollo de diversas experiencias de creatividad y gamificación, como “el desafío” y “retos de cine”, y más recientemente la creación de PLANTA, un juego de cartas didáctico. Todas estas iniciativas han sido valoradas muy positivamente por los estudiantes, han sido difundidas a través de ponencias y comunicaciones en congresos y otras publicaciones, y son transferibles a otras materias universitarias

Planta: un proyecto de aprendizaje basado en juegos en Fisiología Vegetal

[ES] Planta es un juego de cartas pensado como herramienta docente para introducir o repasar conceptos científicotécnicos relacionados con las plantas y su cultivo. A través de este juego se pretende alcanzar el objetivo descrito de manera sencilla, rigurosa, en un ambiente distendido y para distintos niveles de la educación. El argumento del juego es asumir el reto de hacer crecer, mantener y cosechar un cultivo afectado por diversos factores de estrés provocados por los jugadores adversarios. Durante el juego se tratan aspectos básicos del cultivo de las plantas, su fisiología, los aspectos adversos que condicionan su productividad, y los recursos disponibles para remediarlos. El primer paso del proyecto fue crear el juego en sí: mediante un proceso de ensayo y error se alcanzó una versión básica, con diseños de cartas originales, que fue probada entre los propios autores. Ello permitió afinar las reglas del juego y ajustarlas para que el desarrollo de una partida no durara más de treinta minutos. Posteriormente, se encargó una impresión profesional con la cual se realizaron diferentes sesiones con alumnos voluntarios universitarios y de bachillerato. Tras las sesiones, su opinión se recogió en una encuesta. La valoración general del juego fue muy positiva. En la actualidad el juego está en fase de protección de la propiedad intelectual. Por último, está planteada una ampliación del juego (versión avanzada) consistente en la incorporación de cartas con preguntas (de necesaria respuesta para el progreso del jugador en el juego) de conceptos clave en las diferentes asignaturas del área de Fisiología Vegetal en las que se aplique esta herramienta. En las encuestas, los alumnos expresaron de manera clara que les gustaría que el plan de ampliación se llevara a cabo y se aplicara como herramienta docente en las asignaturas del grado

Tolerancia adquirida en la habituación de cultivos de células de plantas a Diclobenil y Quinclorac: modificaciones en la pared celular y estrategia antioxidante = Acquired tolerance in plant-cultured cells habituated to dichlobenil and quinclorac: Cell wall modifications and antioxidant strategy

250 p.Durante las últimas décadas se ha avanzado enormemente en el conocimiento de la composición, arquitectura y metabolismo de la pared celular de las plantas. A pesar de ser una estructura con una alta complejidad a nivel de composición, la pared celular conserva la capacidad de modificar su composición y arquitectura en respuesta a diferentes estreses bióticos y abióticos en un proceso denominado plasticidad estructural. Es estudio de la plasticidad estructural de la pared celular ha ayudado a profundizar en el conocimiento del metabolismo de esta estructura y su relación con la adquisición de tolerancia de las plantas a diferentes estreses. Una de las herramientas más utilizadas en el estudio de la plasticidad estructural de la pared celular es la habituación de cultivos celulares de plantas a concentraciones letales de compuestos relacionados con la inhibición de la biosíntesis de celulosa (CBIs). La habituación de cultivos celulares se consigue mediante la adición en el medio de cultivo de concentraciones crecientes del inhibidor y de manera continuada hasta obtener células que son capaces de crecer en concentraciones letales del CBI. En términos generales, los cultivos de células habituados a CBIs presentan una pared celular con un contenido reducido en celulosa el cual es compensado por incrementos en polisacáridos no celulósicos y otros componentes de pared con el objetivo de reforzar esta estructura. La habituación de suspensiones celulares de maíz habituadas al CBI 2,6-diclorobenzonitrilo (DCB), provocó una reducción de hasta un 70 % en el contenido en celulosa que fue compensado por un incremento en la red de arabinoxilanos. Las células de maíz habituadas a DCB también presentaron un incremento en el contenido en compuestos fenólicos (ácido cumárico, ácido ferúlico y dehidroferulatos) que se presentaron esterificados a estos arabinoxilanos incrementando su entrecruzamiento con el objetivo de reforzar esta pared celular deficiente en celulosa. De la misma forma, la habituación de cultivos celulares de maíz a DCB provocó la deposición de un material tipo lignina en respuesta a esa deficiencia en celulosa. El estudio de la composición de este material tipo lignina reveló que células bajo un tratamiento a tiempos cortos depositaron una lignina compuesta principalmente por unidades S y las células habituadas a altos niveles de DCB presentaron un material tipo lignina con un ratio S/G de 1,45 similar al presente en paredes celulares secundarias de la planta de maíz. La habituación de células a DCB provocó un incremento general en los niveles de expresión de los genes que codifican para las enzimas encargadas de la síntesis de los monolignoles: ferulato 5-hidroxilasa, cinamoil coA reductasa y la cinamil alcohol deshidrogenasa. La deposición de lignina ectópica como respuesta a la pérdida de integridad de la pared celular, participaron las rutas de señalización de estrés mediadas por ácido jasmónico y por especies reactivas de oxígeno (ROS). El tratamiento de suspensiones celulares de maíz con concentraciones de DCB en torno a su I50 - concentración que provoca un 50% de reducción del crecimiento- se caracterizó por un incremento en el contenido en ROS que, en consecuencia, provocaba un mayor daño oxidativo en las lineas celulares tratadas. Sin embargo, los cultivos celulares de maíz con habituación incipiente a DCB se caraterizaron por poseer un mayor control del daño oxidativo debido a un incremento de su capacidad antioxidante. La habituación incipiente a DCB presentó incrementos en las actividades antioxidantes peroxidasas de la clase III, glutatión S-transferasa, y una mayor concentración de glutatión total. En base a estos resultados, podemos concluir que el desarrollo de una estrategia antioxidante/ detoxificadora juega un papel clave en el proceso de habituación de suspensiones celulares de maíz a DCB. Por otro lado, el estudio de la habituación de cultivos en forma de callo de alubia al inhibidor ácido 3,7-dicloroquinolinocarboxílico (quinclorac) reveló que no inhibía directamente la síntesis de celulosa. Sin embargo, las células poseían una tolerancia adquirida a este herbicida. Teniendo en cuenta que fenotipos resistentes o plantas tolerantes de plantas a quinclorac tenían una mayor actividad constitutiva de enzimas antioxidantes, se procedió a realizar un estudio de estado oxidativo y del desarrollo de un estrategia antioxidante en los cultivos habituados de alubia. Los resultados indicaron que la habituación de cultivos celulares de alubia a quinclorac reside, al menos parcialmente, en el desarrollo de una estrategia antioxidante que permite a las células controlar el estrés oxidativo asociado al tratamiento con quinclorac. El incremento de la actividad peroxidasas de la clase III y la superóxido dismutasa indicaron que estas dos enzimas están asociadas al control del daño oxidativo que se produjo durante el proceso de habituación de cultivos celulares de alubia a quinclorac

Plant Cell Wall Plasticity under Stress Situations

This Special Issue, entitled “Plant Cell Wall Plasticity under Stress Situations”, is a compilation of five articles, whose authors deepen our understanding of the roles of different cell wall components under biotic and abiotic stress [...