Antioxidant isoenzyme responses to nickel-induced stress in tobacco cell suspension culture

Exposure to nickel (Ni) at high concentrations can lead to production of reactive oxygen species (ROS) resulting in oxidative damage at the cellular level. We investigated the antioxidative responses of Nicotiana tabacum cv BY-2 cell suspension to Ni stress (0.075 and 0.75 mM NiCl2) over a 72 h period with special attention to potential alterations in isoenzymes of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and glutathione reductase (GR). Two main SOD isoenzymes were observed, a Mn-SOD (band I) and a Fe-SOD (band II), as well as one CAT isoenzyme and four GR isoenzymes. Activity staining analysis revealed that CAT activity plays a major role in the early response to Ni-induced oxidative stress, particularly when the Ni concentration used was low, whilst a specific GR isoenzyme appears to respond to the Ni-induced oxidative stress when a much higher Ni concentration was used to induce the stress for the same period of treatment. These results illustrate the importance and advantages of determining individual isoenzyme activities.A exposição ao níquel (Ni), em altas concentrações, pode levar à produção de espécies reativas de oxigênio (EAOs), resultando em danos oxidativos em nível celular. Foram investigadas as respostas antioxidativas de células em suspensão do cultivar BY-2 de Nicotiana tabacum submetidas ao estresse por Ni (0.075 e 0.75 mM de NiCl2) por 72 h, com atenção especial às alterações potencias em isoenzimas de superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT) e glutatione redutase (GR). Duas principais isoenzimas de SOD foram observadas, uma Mn-SOD (banda I) e outra Fe-SOD (banda II), bem como uma isoenzima CAT e quatro isoenzimas de GR. As análises revelaram que a atividade de CAT tem papel principal no momento inicial de resposta ao estresse oxidativo induzido por Ni, particularmente, quando sua concentração foi mais baixa, enquanto uma isoenzima específica de GR parece responder a este estresse na concentração mais alta de Ni, no mesmo período de tratamento. Os resultados ilustram a importância e as vantagens de se determinar a atividade de isoenzimas individuais

Antioxidant isoenzyme responses to nickel-induced stress in tobacco cell suspension culture

Exposure to nickel (Ni) at high concentrations can lead to production of reactive oxygen species (ROS) resulting in oxidative damage at the cellular level. We investigated the antioxidative responses of Nicotiana tabacum cv BY-2 cell suspension to Ni stress (0.075 and 0.75 mM NiCl2) over a 72 h period with special attention to potential alterations in isoenzymes of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and glutathione reductase (GR). Two main SOD isoenzymes were observed, a Mn-SOD (band I) and a Fe-SOD (band II), as well as one CAT isoenzyme and four GR isoenzymes. Activity staining analysis revealed that CAT activity plays a major role in the early response to Ni-induced oxidative stress, particularly when the Ni concentration used was low, whilst a specific GR isoenzyme appears to respond to the Ni-induced oxidative stress when a much higher Ni concentration was used to induce the stress for the same period of treatment. These results illustrate the importance and advantages of determining individual isoenzyme activities.A exposição ao níquel (Ni), em altas concentrações, pode levar à produção de espécies reativas de oxigênio (EAOs), resultando em danos oxidativos em nível celular. Foram investigadas as respostas antioxidativas de células em suspensão do cultivar BY-2 de Nicotiana tabacum submetidas ao estresse por Ni (0.075 e 0.75 mM de NiCl2) por 72 h, com atenção especial às alterações potencias em isoenzimas de superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT) e glutatione redutase (GR). Duas principais isoenzimas de SOD foram observadas, uma Mn-SOD (banda I) e outra Fe-SOD (banda II), bem como uma isoenzima CAT e quatro isoenzimas de GR. As análises revelaram que a atividade de CAT tem papel principal no momento inicial de resposta ao estresse oxidativo induzido por Ni, particularmente, quando sua concentração foi mais baixa, enquanto uma isoenzima específica de GR parece responder a este estresse na concentração mais alta de Ni, no mesmo período de tratamento. Os resultados ilustram a importância e as vantagens de se determinar a atividade de isoenzimas individuais

Enzymatic behavior of four lignocellulolytic fungi grown on sugarcane bagasse and straw, exposed to two concentrations of nitrogen, aiming the production of ethanol

Estima-se que o Brasil produza no ano de 2010 cerca de 160 milhões de toneladas de bagaço e palha de cana-de-açúcar. O bagaço é um subproduto decorrente do esmagamento da cana, constituído por fibras, partículas de terra e resíduos de caldo. A palha é o material remanescente encontrado na superfície da área plantada, após a colheita, constituída por frações de folhas, ponteiros, colmos e raízes. Estes subprodutos são utilizados como fonte de energia dentro das próprias usinas e destilarias. Porém, com o interesse mundial voltado para o uso de outras fontes de energia, além do petróleo, a importância do emprego destes substratos na produção de etanol, aumentou. As fibras presentes nestes subprodutos são constituídas principalmente por celulose, hemicelulose e lignina. Os mecanismos enzimáticos envolvidos na degradação destes materiais, resultando na conversão da biomassa em produtos de alto valor agregado, são bastante complexos, necessitando da participação de enzimas lignocelulolíticas produzidas, sobretudo por fungos. Este estudo visou à caracterização enzimática lignocelulósica e a liberação de açúcares redutores por fungos ligninolíticos e celulolíticos, expostos a duas concentrações de nitrogênio e o comportamento destes organismos perante situação de estresse nutricional. Os fungos utilizados foram Pleurotus sajor caju, Phanerochaete chrysosporium, Trichoderma reesei e Aspergillus niger, selecionados em trabalhos anteriores. Estes organismos foram inoculados em frascos Erlenmeyers, contendo bagaço e palha de cana pré-tratados com H2SO4 (0,5%) e duas concentrações de nitrogênio (0,5% e 1% de extrato de levedura), por 15 dias. Diariamente, foram coletadas amostras e analisadas quanto à concentração de proteínas, atividade específica de Lacase, Peroxidases, Manganês peroxidase, Endoglicanases, atividade celulolítica total, Superóxido dismutase (SOD), Catalase (CAT) e quantificação de açúcares redutores. A enzima SOD foi analisada através de PAGE não desnaturante e o perfil protéico observado em SDS-PAGE. As demais análises foram realizadas em espectrofotômetro. O meio contendo 0,5% de extrato de levedura foi favorável ao crescimento dos fungos P. sajor caju e T. reesei, e o meio com 1% de extrato foi favorável à P. chrysosporium e A. niger. Quanto à produção das enzimas ligninolíticas (µmol.min-1.mg proteína-1), a maior produção de Lacase foi observada em P. sajor caju (2,2; 1%; 13º dia), de Peroxidases também para P. sajor caju (1,5; 1%; 12º dia) e MnP para T. reesei (0,172; 1%; 4º dia). A maior atividade celulolítica total (FPU.mg proteína-1) e de Endoglicanases (CMC.mg proteína-1) foi observada para T. reesei (10,1 e 20,6; 0,5%; 7º dia, respectivamente). Quanto à maior liberação de açúcares redutores, P. chrysosporium (0,757 mgAR.gBS-1; 1%; 9º dia). Foram observadas até quatro isoformas de SOD que variaram entre os fungos, concentrações de nitrogênio e dias. As maiores atividades de CAT (µmol.min-1.mgproteína-1) foram observadas para P. sajor caju (0,811; 5º dia), T. reesei (0,726; 1º dia), P. chrysosporium (0,441; 3º dia) e A. niger (0,194; 10º dia), todos na concentração de 0,5%. As espécies, as concentrações de nitrogênio e o período de incubação influenciaram no crescimento, nas atividades enzimáticas e na liberação de açúcares redutores dos fungosIt is estimated that Brazil will produce in 2010 about 160 million tons of sugarcane bagasse and straw. The bagasse is a byproduct resulting from the crushing of sugarcane, consisting of fibers, particles of dirt and waste broth. The straw is the material found on the surface of the remaining crop, after harvest, consisting of fractions of leaves, pointers, stems and roots. These products are used as an energy source within their own mills and distilleries. However, with the global interest focused on the use of other energy sources instead of petroleum, the importance of using these substrates in ethanol production increased. The fibers in these products are composed primarily of cellulose, hemicellulose and lignin. The mechanisms involved in enzymatic degradation of these materials, resulting in conversion of biomass into high value added products, are quite complex, requiring the participation of lignocellulolytic enzymes produced mainly by fungi. This study aimed to a lignocellulosic enzymatic characterization and the release of reducing sugars by ligninolytic and cellulolytic fungi exposed to two concentrations of nitrogen and the behavior of these organisms against a nutritional stress situation. The fungi used were Pleurotus sajor caju, Phanerochaete chrysosporium, Trichoderma reesei and Aspergillus niger, selected from previous work. These organisms were inoculated in Erlenmeyer flasks containing sugarcane bagasse and straw pretreated with H2SO4 (0.5%) and two concentrations of nitrogen (0.5% and 1% yeast extract) for 15 days. Daily samples were collected and analyzed for proteins concentration, specific activity of Laccase, Peroxidases, Manganese Peroxidase, Endoglucanases, total cellulolytic activity, Superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and quantification of total sugar. The enzyme SOD was analyzed by native PAGE gels and the protein profile observed in SDS-PAGE. Other analyses were performed on a spectrophotometer. The medium containing 0.5% yeast extract was favorable to the growth of fungi P. sajor caju and T. reesei and the medium with 1% extract favored P. chrysosporium and A. niger. Regarding the production of lignilolytic enzymes (mol.min-1.mg protein-1), the highest activity of Laccase was found in P. sajor caju (2.2, 1%, 13 days), for Peroxidases also in P. sajor caju (1.5, 1%, day 12) and MnP in T. reesei (0.172, 1%, day 4). The highest total cellulolytic activity (FPU.mg protein-1) and Endoglucanases (CMC.mg protein-1) was observed for T. reesei (10.1 and 20.6, 0.5%, day 7, respectively). As for the highest release of total sugars, P. chrysosporium (0.757 mgAR.gBS-1, 1%, 9 day). It was observed up to four SOD isoforms that varied from fungi, nitrogen concentrations and days. The highest CAT activities (mol.min-1.mg protein-1) were observed for P. sajor caju (0.811, 5 days), T. reesei (0.726, day 1), P. chrysosporium (0.441, day 3) and A. niger (0.194, 10 days), all at 0.5% concentration. The species, nitrogen concentrations and the period of incubation influenced the growth, the enzymatic activity and the release of total sugars in the fung

Antioxidant response of BY-2 Nicotiana tabacum cells to nickel stress

Células de Nicotiana tabacum cv BY-2 foram tratadas por cinco dias com 0,075 e 0,750 mM de NiCl2. A relação entre a toxidade do níquel (Ni) e as reações oxidativas foram estudadas nas células durante a acumulação do metal. A atividade da superóxido dismutase não se alterou na presença do Ni. Entretanto, as atividades da catalase e da guaiacol peroxidase aumentaram às 36 e 72h depois do tratamento com o metal. As atividades da glutationa redutase, da glutationa-Stransferase e da ascorbato peroxidase aumentaram nas primeiras horas do tratamento. A peroxidação lipídica da membrana aumentou somente às 24h do tratamento com o metal. Os resultados sugerem que a desordem oxidativa é resultante dos efeitos da toxidade do Ni nas células de Nicotiana tabacum cv BY-2.Células de Nicotiana tabacum cv BY-2 foram tratadas por cinco dias com 0,075 e 0,750 mM de NiCl2. A relação entre a toxidade do níquel (Ni) e as reações oxidativas foram estudadas nas células durante a acumulação do metal. A atividade da superóxido dismutase não se alterou na presença do Ni. Entretanto, as atividades da catalase e da guaiacol peroxidase aumentaram às 36 e 72h depois do tratamento com o metal. As atividades da glutationa redutase, da glutationa-Stransferase e da ascorbato peroxidase aumentaram nas primeiras horas do tratamento. A peroxidação lipídica da membrana aumentou somente às 24h do tratamento com o metal. Os resultados sugerem que a desordem oxidativa é resultante dos efeitos da toxidade do Ni nas células de Nicotiana tabacum cv BY-2

Mandarins as rootstocks for 'Pêra' sweet orange trees

Laranjeiras 'Pêra' enxertadas em 11 cultivares ou híbridos de tangerineiras foram plantadas em 1988 em Itirapina (SP), num Latossolo Vermelho-Amarelo textura arenosa, no espaçamento 4,25m x 7,5m e conduzidas sem irrigação sob clima Cwa. Tristeza e declínio são endêmicos na região. As tangerineiras 'África do Sul', 'Xienkhouanga', 'Empress', 'Cleópatra', 'Wildt', 117.477 e 'Sul da África', sem diferirem entre si, induziram, em ordem decrescente, as maiores produções de frutos às laranjeiras 'Pêra', no total das quatro primeiras colheitas do experimento. Num total de nove colheitas, as cultivares Xienkhouanga, África do Sul, 117.477, Cleópatra, Empress, Wildt e Szinkon x Tizon, sem diferirem entre si, proporcionaram, em ordem decrescente, as maiores produções de frutos às laranjeiras 'Pêra'. Os porta-enxertos não determinaram diferenças significativas nas características comerciais dos frutos, porém a 'Cleópatra' induziu maturação mais precoce que os demais porta-enxertos. Apenas a 'Szwinkon' x 'Szinkon-tizon' proporcionou a formação de plantas nanicas, com altura inferior a 2,5m. Os dados médios de produção de frutos e de sólidos solúveis, concernentes a três anos consecutivos de colheita, revelaram que as laranjeiras 'Pêra' enxertadas nas tangerineiras 'Xienkhouanga' e 117.477, sem diferir das plantas enxertadas nas cultivares África do Sul, Cleópatra, Empress, Wildt e Szinkon x Tizon, foram significativamente mais produtivas em frutos e em sólidos solúveis que as enxertadas em 'Sul da África', 'Vermelha', 'Muscia' e 'Szwinkon' x 'Szinkon-tizon'. Nenhuma das plantas apresentou sintomas de intolerância à tristeza, ao declínio dos citros ou anel de goma na região de enxertia, considerado sintoma de incompatibilidade entre a copa e o porta-enxerto.'Pera' sweet orange trees budded either on mandarins or mandarin-hybrids rootstocks were planted in 1988 at 4.25m x 7.5m spacing on a sandy textured Oxisol in Sao Paulo state, Brazil, under Cwa climatic conditions, and managed without irrigation. Tristeza and blight diseases are endemic in the area. Trees on Africa do Sul, Xienkhouanga, Empress, Cleopatra, Wildt and 117.477 cultivars, produced the highest cumulative yields in the first four crops and in the ninth crop. Regardless of the rootstock tested no significant variation on fruit quality was observed, but 'Cleopatra' mandarin induced earlier maturation of fruit than the others roostocks. Only 'Szwinkon' x 'Szinkon-tizon' rootstocks induced dwarfed trees. 'Xienkhouanga', 117.477, 'Africa do Sul', 'Cleopatra', 'Empress', 'Wildt' and 'Szinkon' x 'Tizon' induced the highest fruit and soluble solids production by tree in the 1996-1999 period. No one trees showed symptoms of tristeza, declinio/blight or bud-union-ring symptom of incompatibility

Saccharopine Dehydrogenase Activity in the High-Lysine Opaque and Floury Maize Mutants.

Lysine is an essential amino acid normally present in very low concentration in cereal seeds. In previous reports we have studied the metabolism of lysine in several distinct high-lysine maize mutants and observed drastic variations in the activity of saccharopine dehydrogenase (SDH), a key enzyme involved in lysine degradation. We have now analyzed the activity of SDH using non-denaturing polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) to identify possible isoenzymes that could explain the patterns of activity previously observed. The results indicated the presence of at least two SDH isoenzymes, one contributing to approximately 90% of the total enzyme activity and a minor form only present in the wild type lines and the opaque-1 mutant. The results suggest that the differences in total SDH activity among the genotypes tested are due to alterations in the predominant SDH isoenzymic form, which is likely to be the bifunctional polypeptide containing lysine 2-oxoglutarate reductase

Enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse pretreated with acid or alkali

The aim of this study was to evaluate the performance of enzymatic hydrolysis of acid or alkali pretreated sugarcane bagasse for the production of fermentable sugars. The first step consisted of selection of commercial enzymes presenting the highest cellulolytic activities. After selection of four enzymes: HPL, CL, P1 and P4, their performances were tested in the bagasse pretreated with acid and alkali. The sugar content of the hydrolysates was analyzed by anion exchange liquid chromatography. Data showed that the joint action of 0.5% acid pretreatment, 121ºC, 30 minutes and enzyme CL provides the best results, 67.25 g of hexose and 148.13g of pentose per kg of dry bagasse