Iron and ferritin accumulate in separate cellular locations in Phaseolus seeds

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Iron is an important micronutrient for all living organisms. Almost 25% of the world population is affected by iron deficiency, a leading cause of anemia. In plants, iron deficiency leads to chlorosis and reduced yield. Both animals and plants may suffer from iron deficiency when their diet or environment lacks bioavailable iron. A sustainable way to reduce iron malnutrition in humans is to develop staple crops with increased content of bioavailable iron. Knowledge of where and how iron accumulates in seeds of crop plants will increase the understanding of plant iron metabolism and will assist in the production of staples with increased bioavailable iron.</p> <p>Results</p> <p>Here we reveal the distribution of iron in seeds of three <it>Phaseolus </it>species including thirteen genotypes of <it>P. vulgaris</it>, <it>P. coccineus</it>, and <it>P. lunatus</it>. We showed that high concentrations of iron accumulate in cells surrounding the provascular tissue of <it>P. vulgaris </it>and <it>P. coccineus </it>seeds. Using the Perls' Prussian blue method, we were able to detect iron in the cytoplasm of epidermal cells, cells near the epidermis, and cells surrounding the provascular tissue. In contrast, the protein ferritin that has been suggested as the major iron storage protein in legumes was only detected in the amyloplasts of the seed embryo. Using the non-destructive micro-PIXE (Particle Induced X-ray Emission) technique we show that the tissue in the proximity of the provascular bundles holds up to 500 μg g^-1of iron, depending on the genotype. In contrast to <it>P. vulgaris </it>and <it>P. coccineus</it>, we did not observe iron accumulation in the cells surrounding the provascular tissues of <it>P. lunatus </it>cotyledons. A novel iron-rich genotype, NUA35, with a high concentration of iron both in the seed coat and cotyledons was bred from a cross between an Andean and a Mesoamerican genotype.</p> <p>Conclusions</p> <p>The presented results emphasize the importance of complementing research in model organisms with analysis in crop plants and they suggest that iron distribution criteria should be integrated into selection strategies for bean biofortification.</p

Design and synthesis of new quinazolin-4-one derivatives with negative mGlu7mGlu_7 receptor modulation activity and antipsychotic-like properties

Following the glutamatergic theory of schizophrenia and based on our previous study regarding the antipsychotic-like activity of mGlu7 NAMs, we synthesized a new compound library containing 103 members, which were examined for NAM mGlu7 activity in the T-REx 293 cell line expressing a recombinant human mGlu7 receptor. Out of the twenty-two scaffolds examined, active compounds were found only within the quinazolinone chemotype. 2-(2-Chlorophenyl)-6-(2,3-dimethoxyphenyl)-3-methylquinazolin-4(3H)-one (A9-7, ALX-171, mGlu7 IC50 = 6.14 &micro;M) was selective over other group III mGlu receptors (mGlu4 and mGlu8), exhibited satisfactory drug-like properties in preliminary DMPK profiling, and was further tested in animal models of antipsychotic-like activity, assessing the positive, negative, and cognitive symptoms. ALX-171 reversed DOI-induced head twitches and MK-801-induced disruptions of social interactions or cognition in the novel object recognition test and spatial delayed alternation test. On the other hand, the efficacy of the compound was not observed in the MK-801-induced hyperactivity test or prepulse inhibition. In summary, the observed antipsychotic activity profile of ALX-171 justifies the further development of the group of quinazolin-4-one derivatives in the search for a new drug candidate for schizophrenia treatment

Microstructural evolution and trace element mobility in Witwatersrand pyrite

Microstructural analysis of pyrite from a single sample of Witwatersrand conglomerate indicates a complex deformation history involving components of both plastic and brittle deformation. Internal deformation associated with dislocation creep is heterogeneously developed within grains, shows no systematic relationship to bulk rock strain or the location of grain boundaries and is interpreted to represent an episode of pyrite deformation that predates the incorporation of detrital pyrite grains into the Central Rand conglomerates. In contrast, brittle deformation, manifest by grain fragmentation that transects dislocation-related microstructures, is spatially related to grain contacts and is interpreted to represent post-depositional deformation of the Central Rand conglomerates. Analysis of the low-angle boundaries associated with the early dislocation creep phase of deformation indicates the operation of {100} slip systems. However, some orientation boundaries have geometrical characteristics that are not consistent with simple {100} deformation.These boundaries may represent the combination of multiple slip systems or the operation of the previously unrecognized {120} slip system. These boundaries are associated with order of magnitude enrichments in As, Ni and Co that indicate a deformation control on the remobilization of trace elements within pyrite and a potential slip system control on the effectiveness of fast-diffusion pathways. The results confirm the importance of grain-scale elemental remobilization within pyrite prior to their incorporation into the Witwatersrand gold-bearing conglomerates. Since the relationship between gold and pyrite is intimately related to the trace element geochemistry of pyrite, the results have implications for the application of minor element geochemistry to ore deposit formation, suggest a reason for heterogeneous conductivity and localized gold precipitation in natural pyrite and provide a framework for improving mineral processing

On application of piezoelectronic shear effect to active damping of transverse vibration in beams

In the paper the problem of active damping of transverse vibration of a beam by making use of piezoelectric elements with shear piezoelectric effect employed is taken up. The analysis was motivated by the fact that popular piezoelectric materials made of lead zirconate titanate ceramics (PZT) exhibit very strong shear effect, being roughly three times greater than the longitudinal effect. The shear effect can be applied to beam-like systems by gluing piezoelectric sensors and actuators not to external surfaces of a given structure but placing them e.g. between two parallel strips as it is realised in three-layer sandwich structures, in which the middle layer is to dissipate vibration energy. In the presented model the middle viscoelastic core is replaced with a purely elastic piezoelectric element. Some preliminary results obtained for the proposed model based on a cantilever Timoshenko's beam made of PZT are presented. The method of control, generalised with respect to the piezoelectric shear effect boundary conditions, and finally, the resonance characteristics corresponding to excitation by external harmonicforce are discussed. Particulary advantageous effect of the active damping is confirmed for lower resonances, where the natural damping by internal friction in the material is weak.O zastosowaniu postaciowego efektu piezoelektrycznego do aktywnego tłumienia drgań poprzecznych belek. W pracy podjęto problem aktywnego tłumienia drgań poprzecznych belki za pomocą elementów piezoelektrycznych przy wykorzystaniu postaciowego efektu piezoelektrycznego. Motywację podjętych badań stanowi fakt, że popularne piezoelektryki ceramiczne wykonane na bazie spieków tlenku cyrkonu i tytanu (PZT) wykazują bardzo silny efekt postaciowy, około trzykrotnie większy od efektu wzdłużnego. Efekt postaciowy może zostać wykorzystany poprzez zastosowanie elementów nie przez naklejenie akumulatorów na zewnętrznych powierzchniach belki, lecz umieszczenie w strukturze samej belki, np. między dwiema równoległymi listwami, podobnie jak w konstrukcjach typu sandwich, gdzie warstwą silnie rozpraszającą energię drgań jest warstwa środkowa - tu zastąpiona piezoelektrykiem. W pracy przedstawiono wstępne wyniki badań bazujące na modelu wspornikowej belki Timoszenki wykonanej z ceramiki PZT. Omówiono metodę sterowania, uogulnione na piezoelektryczny efekt postaciowy warunki brzegowe oraz, jako rezultat końcowy, charakterystki rezonansowe przy wymuszeniu harmoniczną siłą zewnętrzną. Stwierdzono szczególnie korzystne działanie aktywnego tłumienia wykorzystującego efekt postaciowy dla niskich częstości, rezonansowych, słabo tłumionych przez naturalne właściwości dyssypatywne materiału belki

Drgania promieniowe cylindrycznej powłoki wykonanej z kompozytu zawierającego włókna piezoelektryczne

The paper is concerned with the problem of active damping of transverse (radial) vibration of a cylindrical shell made of a piezoelectric fiber composite (PFC). Smart PFC laminates allow for the access to new possibilities in the field of active vibration damping in various structural elements. In the work, the vibration induced by the pressure pulsating inside the shell is analysed. A simplified model is introduced to the studies. On account of the character of the excitation, the couplings between radial, circumferential and axial vibration modes are neglected in the model. The examinations concentrate on the efficiency of the active control in damping the transverse, i.e. radial vibration of the shell. Numerical simulations prove that resonance characteristics are very sensitive to the lamination angle, which gives a designer the possibility of adjusting the shell structure to the a priori known operating conditions. The main emphasis, however, is put on the effect of active control on the profile of amplitude-frequency characteristics. The simulations carried out clearly show that the application of a simple control strategy based on velocity feedback yields a significant reduction of the vibration level, which is found to be promising and encourages developing more sophisticated models.W pracy podjęto problem aktywnego tłumienia drgań poprzecznych cylindrycznej powłoki wykonanej z laminatu zintegrowanego z włóknami piezoelektrycznymi (PFC). Aktywne laminaty PFC otwierają nowe możliwości na polu aktywnego sterowania drganiami w różnych elementach konstrukcyjnych. W pracy zajęto się drganiami powłoki wywołanymi pulsującym ciśnieniem wewnątrz tej powłoki. Przedstawiono uproszczony model, w którym ze względu na charakter obciążenia zrezygnowano z uwzględnienia sprzężeń pomiędzy promieniowymi, osiowymi i obwodowymi postaciami drgań, koncentrując się na efektywności aktywnego tłumienia w powłoce PFC w przypadku drgań poprzecznych. W wyniku symulacji numerycznych pokazano, że charakterystyki rezonansowe są bardzo czułe na kąt laminowania, co stanowić może narzędzie dla konstruktora podczas pasywnego dostosowywania obiektu do znanych warunków eksploatacyjnych, w jakich ten obiekt będzie pracować. Główny nacisk położono jednak na wpływ aktywnego sterowania na profil charakterystyk amlitudowo-częstotliwościowych. Stwierdzono, że zastosowanie sterowania ze sprzężeniem prędkościowym daje wyraźne obniżenie poziomu drgań, co uznano za wynik obiecujący i zachęcający do udoskonalenia modelu

Stateczność wirujących wałów wykonanych z aktywnego laminatu zawierającego włókna piezoelektryczne

In the paper, theoretical fundamentals of stabilisation of a rotating shaft by making use of piezoelectric elements are presented. The shaft is made of an active piezoelectric fiber composite - the state-of-the-art structural material which has just emerged in the field of "smart" engineering. Irrespective of the kind of material the rotating shafts are made of, they exibit flutter-type instability brought about by the presence of internal friction. At a certain critical rotation speed the system loses its stability and starts to perform self-excited vibrations. The paper discusses a method protecting the shaft from such a phenomenon or, at least, shifting it away by incorporation of piezoelectric fibers embedded in a polymer matrix and electrodes bonded to each lamina of the active composite. The constitutive equations of the laminate are derived and used in formulation of equations of motion of the rotating shaft. The analysis of stabilisation reveals that the desired effect can be achieved by application of three and more pairs of the electrodes enabling generation of a constant bending moment regadless of the rotary motion. Proportional and velocity feedbacks in the control system are examined and compared. The critical threshold is determined by investigating the eigenvalues corresponding to the governing equations linearised around nontrivial eguilibrium position. The equations themselves were earlier found via a uni-modal Galerkin's discretisation of the partial differential equations of motion. The applied method proves to be efficient as, an increase in the critical speed by two and more times is observed after activation of the proposed stabilisation method.W pracy przedstawiono teoretyczne podstawy stabilizacji wirującego wału za pomocą elementów piezoelektrycznych. Wał jest wykonany z aktywnego laminatu zawierającego włókna piezoelektryczne - najnowszego osiągnięcia inżynierii materiałowej na polu mechatroniki. Niezależnie od rodzaju materiału, z którego wykonano wał, wykazuje on niestatetczność typu flatter wywołaną obecnością tarcia wewnętrznego. Przy pewnej krytycznej prędkości wirowania układ traci stateczność, stając się narażonym na drgania samowzbudne. W artykule przeprowadzono dyskusję nad możliwością ochrony wirujących wałów przed takim zjawiskiem lub przynajmniej odsunięciemprogu krytycznego poprzez zastosowanie włókien piezoelektrycznych zatopionych w materiale osnowy kompozytu wyposażonego w elektrody sterujące polem elektrycznym w każdej warstwie laminatu. Analiza zaprezentowanej metody stabilizacji pokazała, że wprowadzenia trzech i więcej par elektrod wystarcza do generowania stałego momentu gnącego mimo ciągłego wirowania. W układzie sterowania zastosowano pętlę ze sprzężeniem proporcjonalnym i prędkościowym. Wartość krytycznej prędkości wirowania znaleziono poprzez śledzenie trajektorii wartości własnych równań dynamiki zlinearyzowanych wokół nietrywialnego położenia równowagi. Równania te wyprowadzono wychodząc z cząstkowych różniczkowych równań ruchu wału po ich jedno-modalnej dyskretyzacji Garlekina. pokazano, że zastosowana metoda stabilizacji jest efektywna i pozwala na ponad dwukrotne zwiększenie progu krytycznego

Stateczność wirującego wału wykonanego z materiału gradientowego

In the paper, the problem of active stabilisation of a rotating shaft made of a three-phase Functionally Graded Material (FGM) with piezoelectric fraction is presented. Due to internal friction, at a certain critical rotation speed, the shaft loses its stability and starts to vibrate in a self-excited manner. In the paper, a method protecting the system from such a phenomenon by making use of a FGM controlled by electrodes bonded and embedded in the structure of the shaft is discussed in detail. The critical threshold is found by examination of the eigenvalues corresponding to linear formulas derived via uni-modal Galerkin's discretisation of partial differential equations of motion. The main goal of the paper is determination of such a distribution of the volume fraction of the active phase within the shaft, which makes the system possibly most resistant to self-excitation on the one hand, and still attractive in terms of strength properties on the other. The results are presented in the form of diagrams depicting the critical rotation speed vs. exponents describing volume distribution of the active phase as well as gain factors applied in the control system.W pracy przedstawiono zagadnienie aktywnej stabilizacji wirującego wału wykonanego z trójfazowego materiału gradientowego (FGM) zawierającego składnik piezoelektryczny. Niezależnie od zastosowanego materiału, obecność tarcia wewnętrznego powoduje utratę stateczności wału i powstanie drgań samowzbudnych przy pewnej krytycznej prędkości wirowania. W artykule przedyskutowano sposób zapobiegania takiemu zjawisku oparty na zastosowaniu materiału gradientowego FGM sterowanego napięciem elektrod przyklejonych i zatopionych w strukturze wału. Wartość krytycznej prędkości wirowania znaleziono poprzez badanie wartości własnych równań ruchu zlinearyzowanych po jednomodalnej dyskretyzacji Galerkina równań różniczkowych cząstkowych. Głównym celem analizy jest określenie optymalnego rozkładu funkcji opisującej objętościowy udział aktywnej frakcji piezoelektrycznej w użytym materiale FGM, który zapewnia możliwie najlepszy efekt stabilizacyjny i równocześnie utrzymuje dobre właściwości wytrzymałościowe wału. Rezultaty badań przedstawiono na wykresach pokazujących krytyczną prędkość wirowania w funkcji wykładnika opisującego rozkład udziału objętościowego fazy aktywnej oraz współczynników wzmocnienia zastosowanych w układzie sterowania