Incorporating pressure–volume traits into the leaf economics spectrum

In recent years, attempts have been made in linking pressure–volume parameters and the leaf economics spectrum to expand our knowledge of the interrelationships among leaf traits. We provide theoretical and empirical evidence for the coordination of the turgor loss point and associated traits with net CO2 assimilation (An) and leaf mass per area (LMA). We measured gas exchange, pressure–volume curves and leaf structure in 45 ferns and angiosperms, and explored the anatomical and chemical basis of the key traits. We propose that the coordination observed between mass-based An, capacitance and the turgor loss point (πtlp) emerges from their shared link with leaf density (one of the components of LMA) and, specially, leaf saturated water content (LSWC), which in turn relates to cell size and nitrogen and carbon content. Thus, considering the components of LMA and LSWC in ecophysiological studies can provide a broader perspective on leaf structure and function.Publishe

Estudi sobre consum i percepció de substàncies addictives en adolescents. Desenvolupament d’una proposta educativa per conscienciar-los sobre els efectes de l’alcohol i el cànnabis

[cat] L’adolescència és una etapa de la vida caracteritzada per canvis biològics amb repercussions en l’àmbit conductual de l’individu. Durant aquest període apareix una modificació i reestructuració cerebral que ajudarà a assolir la maduresa pròpia de l’edat adulta. Aquests canvis fan que l’adolescent passi una època delicada, essent més susceptible de seguir els hàbits del seu entorn més immediat. La influència del context social barrejada amb el canvi biològic, determinen l’adquisició de conductes per l’adolescent que, si són inadequades, poden conduir-lo al consum de drogues (Osorio et al., 2004; Squeglia et al., 2009; Bava et al., 2010; Winters et al., 2010; Winters et al., 2011; Konrad et al., 2013; Squeglia et al., 2016). Nombroses són les institucions i els estudis encarregats d’informar sobre les conseqüències del consum de substàncies addictives. Per això, és important que els adolescents adquireixin hàbits que els distanciïn del món de les drogues ja que alteren el seu desenvolupament biològic, condicionant la seva vida adulta (Squeglia et al., 2009; Bava et al., 2010; Winters et al., 2010; Squeglia et al., 2016). Però, realment, quina tendència segueixen els adolescents més propers a nosaltres? Mitjançant un qüestionari aplicat a 147 alumnes d’entre 15 i 18 anys de l’IES Josep Maria Llompart es va veure que, tot i presentar ràtios de consum tant d’alcohol com de cànnabis inferiors a l’enquesta ESTUDES 2014/2015 (Pla Nacional sobre Drogues, 2016), és necessari reincidir sobre concepcions errònies que tenen envers el consum per seguir-los encaminant a adquirir hàbits saludables. Per això es dissenya una proposta educativa de 10 sessions amb la intenció de proporcionar informació diversa sobre aspectes relacionats amb les drogues (concretament l’alcohol i el cànnabis) i el seu consum destinada als adolescents que en tenen nocions equivocades i als que desconeixen nocions clau sobre l’estat de la questió, alhora que es validen els coneixements encertats que alguns estudiants tenen

Photosynthetic and CO2 diffusion capacities in relation to phyllidia anatomy in Briophytes

[eng] Bryophytes were the first plants to conquere terrestrial habitats and represent a particular group among land plants as they mainly occur under gametophytal stage, were no stomata are found. Although mosses are the main representatives of Bryophytes, their physiological characterization has been sparsely studied as well as the one of Selaginella denticulata (Desv. ex Poir.) Spring., a Lycophyte. Aiming to discern how much lower is photosynthesis in mosses and S. denticulata as compared to that of ferns and Spermatophytes, the latter and six moss species were grown under optimal conditions. On average, photosynthesis in mosses was three times lower than in S. denticulata and both tested groups had significantly lower rates than ferns and Spermatophytes. These differences were not due to differences in the electron transport rate (ETR) or in the maximum velocity for carboxylation (Vc,max), but rather to differences in mesophyll conductance (gm), the latter being four times higher in S. denticulata. gm was smaller in these two groups as compared with ferns and Spermatophytes. Finally, an anatomical characterization of studied species was performed to assess which foliar traits were those more responsible for establishing limited gm and maximum photosynthesis. In agreement with previous studies in other plant groups, gm was significantly related to variations of the cell wall thickness and the chloroplasts surface area exposed to the mesophyll per leaf area[cat] Els Briòfits foren les primeres plantes que conqueriren hàbitats terrestres i representen un grup singular entre les plantes terrestres ja que el seu cicle vital està dominat per l'estadi gametofídic, on no es troben estomes. Malgrat que les molses són el grup amb més exemplars d'entre els briòfits, la seva caracterització fisiològica ha estat poc estudiada, tal com ocorre amb el licòfit Selaginella denticulata (Desv. ex Poir.) Spring. Amb l'objectiu de determinar quant menor és la fotosíntesi de molses i S. denticulata en comparació a la de falgueres i espermatòfits, aquest licòfit i sis molses es van créixer en condicions òptimes. La fotosíntesi de les molses va ser tres vegades menor que la de S. denticulata i, ambdós grups, presentaren valors significativament menors que els observats a falgueres i espermatòfits específicament. Aquestes diferències no foren degudes a diferències en les taxes de transport d'electrons (ETR) ni en la velocitat màxima de carboxilació (Vc,max), sinó a diferències en la conductància del mesòfil (gm), la qual fou quatre vegades major a S. denticulata. gm fou també menor en aquests dos grups que les descrites a falgueres i espermatòfits. Finalment, es va realitzar una caracterització anatòmica de les espècies estudiades per a establir quins trets foliars eren els més implicats en la limitació de la gm i la màxima fotosíntesi. En concordança amb estudis previs en altres gups de plantes, gm es relacionà significativament amb les variacions en la gruixa de la paret cel·lular i en la superfície de cloroplasts exposada al mesòfil per àrea foliar

Cell wall composition in relation to photosynthesis

[eng] Photosynthesis is an essential process for plants. To comprehend how diffusive and biochemical CO2 processes involved in photosynthesis occur is of great relevance to understand plant physiology. For decades, photosynthesis was thought to be only limited by stomatal conductance (gs) and biochemistry. However, it is now well-known that mesophyll conductance (gm) is also a crucial trait determining photosynthetic rates in plants subjected to some stresses as well as along land plants’ phylogeny. Although the specific nature of those traits most affecting gm remains unknown, biochemical and structural facts could be involved. Regarding structural elements, it has been demonstrated that leaf anatomical characteristics –particularly, the chloroplasts surface area exposed to intercellular air spaces (Sc/S) and the cell wall thickness (Tcw)– are crucial in determining gm. Additionally, it has been recently described that the bulk modulus of elasticity (ε) also influences gm probably due to cell wall characteristics, such as Tcw and its composition. Mainly compounded by cellulose, hemicelluloses and pectins, recent studies have suggested that cell wall composition could also be of special relevance determining gm and, thus, photosynthesis. However, this relationship remains almost unexplored. The present Thesis is compounded by eight publications which have, as a main idea, to explore the relationship between photosynthesis and cell wall composition. Hence, this Thesis is divided in four sections. In the first one, possible correlations between changes in cell wall composition and gm were explored studying a model plant subjected to water deficit stress. In the second, various crops submitted to contrasting abiotic stresses were studied to determine how modifications in cell wall composition influence gm. In the third, mutant plants were utilized to examine the effect of specific mutations in pectins remodelling enzymes affecting gm. Finally, in the last section, a relationship between photosynthesis and cell wall compositional characteristics was analysed in the most basal land plants lineage. Overall, the obtained results evidence the importance of cell wall composition as a gm determinant, consequently affecting photosynthesis. Along phylogeny, the specific cell wall composition of each land plant lineage also influences Tcw. Under abiotic stress conditions, it has been demonstrated that dynamic and fast modifications occurring in the cell wall composition also promote modifications in other plant functional traits, for instance, leaf water relations, being ε a key parameter. Even though the specific nature of Summary 2 some of these changes varies in a species-specific way, it has been proposed that pectins could be the most relevant cell wall components determining distinct plant functional traits under abiotic stress conditions. Finally, we focused on the current state of those methodologies used to study the cell wall composition in more detail as well as on which are the future perspectives to continue deepening on how cell wall composition influences gm and, thus, photosynthesis.[cat] La fotosíntesi és un procés imprescindible per les plantes. Entendre com esdevenen els processos difusius i bioquímics del CO2 involucrats en la fotosíntesi té gran rellevància per comprendre la fisiologia vegetal. Tot i que durant dècades es pensava que la fotosíntesi estava únicament limitada per la conductància estomàtica (gs) i per processos bioquímics, actualment es coneix que la conductància del mesòfil (gm) és també un tret crucial determinant les taxes fotosintètiques tant en plantes sotmeses a algun estrès així com al llarg de la filogènia de les plantes terrestres. Malgrat que la naturalesa específica d’aquells factors que més afecten la gm encara no està del tot identificada, elements bioquímics i estructurals poden estar-hi involucrats. Respecte als estructurals, s’ha demostrat que les característiques anatòmiques foliars, particularment la superfície de cloroplasts exposada a espais aeris intercel·lulars (Sc/S) i la gruixa de la paret cel·lular (Tcw), són decisives determinant la gm. A més, recentment s’ha descrit que el mòdul d’elasticitat (ε) també influencia la gm, probablement a causa de característiques de la paret cel·lular tals com la Tcw i la seva composició. Principalment composta per cel·lulosa, hemicel·luloses i pectines, estudis recents han suggerit que la composició de la paret cel·lular també podria tenir especial rellevància determinant la gm i, per tant, la fotosíntesi. Tot i això, aquesta relació ha estat molt poc explorada. La present Tesi està composta per un total de vuit articles que tenen, com a idea principal, explorar la relació entre la fotosíntesi i la composició de la paret cel·lular. Així, aquesta Tesi es troba dividida en quatre seccions. A la primera d’elles, s’exploren les possibles correlacions entre canvis en la composició de la paret cel·lular que afectin la gm estudiant una planta model sotmesa a dèficit hídric. A la segona, se cerquen correlacions entre canvis en la composició de la paret cel·lular que influenciïn la gm havent aclimatat diversos cultius a diferents estressos abiòtics. A la tercera part, s’estudia l’efecte de mutacions específiques en enzims remodeladors de pectines sobre la gm a partir de plantes mutants. Finalment, a la darrera secció s’ha cercat una relació entre la fotosíntesi i les característiques de la composició de la paret cel·lular en el llinatge de plantes terrestres més basal. En conjunt, els resultats obtinguts evidencien la importància de la composició de la paret cel·lular com a factor determinant de la gm i, en conseqüència, de la fotosíntesi. Al llarg de la filogènia, la composició de la paret cel·lular específica de cada grup també influeix la Tcw. Sota condicions d’estrès abiòtic, s’ha demostrat que ocorren Summary 4 modificacions dinàmiques i ràpides en la composició de la paret cel·lular que també promouen canvis en altres trets funcionals, per exemple, les relacions hídriques, essentne ε un paràmetre clau. Tot i que la naturalesa d’alguns d’aquests canvis varia de manera particular segons l’espècie estudiada, es discuteix el potencial de les pectines com a components més rellevants de la paret cel·lular que poden determinar ajustos en distints trets funcionals sota condicions d’estrès abiòtic. Finalment, es comenta quin és l’estat actual de les metodologies emprades per estudiar la composició de la paret cel·lular amb més detall i també quines són les perspectives de futur per tal de continuar aprofundint en l’estudi de com la paret cel·lular influencia la gm i, per tant, la fotosíntesi.[spa] La fotosíntesis es un proceso imprescindible para las plantas. Entender cómo suceden los procesos difusivos y bioquímicos del CO2 involucrados en la fotosíntesis tiene gran relevancia para comprender la fisiología vegetal. Aunque durante décadas se creía que la fotosíntesis estaba únicamente limitada por la conductancia estomática (gs) y por procesos bioquímicos, actualmente se conoce que la conductancia del mesófilo (gm) es también un rasgo crucial que determina las tasas fotosintéticas tanto en plantas sometidas a algún estrés, así como a lo largo de la filogenia de las plantas terrestres. Aunque la naturaleza específica de aquellas características que más afectan la gm aún no ha sido completamente identificada, elementos bioquímicos y estructurales pueden estar involucrados. En cuanto a los estructurales, se ha demostrado que las características anatómicas foliares, particularmente la superficie de cloroplastos expuesta a espacios aéreos intercelulares (Sc/S) y el grosor de la pared celular (Tcw), son decisivas determinando la gm. Además, recientemente se ha descrito que el módulo de elasticidad (ε) también influye la gm, probablemente debido a características de la pared celular tales como Tcw y su composición. Principalmente compuesta por celulosa, hemicelulosas y pectinas, estudios recientes han sugerido que la composición de la pared celular también podría tener especial relevancia determinando la gm y, por lo tanto, la fotosíntesis. Aun así, esta relación ha sido muy poco explorada. La presente Tesis está compuesta por un total de ocho artículos que tienen, como idea principal, explorar la relación entre la fotosíntesis y la composición de la pared celular. Así, dicha Tesis se encuentra dividida en cuatro secciones. En la primera de ellas, se exploran las posibles correlaciones entre cambios en la composición de la pared celular que afecten la gm estudiando una planta modelo sometida a déficit hídrico. En la segunda, se buscan correlaciones entre cambios de composición de la pared celular que influyan la gm habiendo aclimatado varios cultivos a diferentes estreses abióticos. En la tercera parte, se estudia el efecto de mutaciones específicas en enzimas remoldeadores de pectinas sobre la gm a partir de plantas mutantes. Finalmente, en la última sección se ha buscado una relación entre la fotosíntesis y las características de la composición de la pared celular en el linaje de plantas terrestres más primitivo. En conjunto, los resultados obtenidos evidencian la importancia de la composición de la pared celular como un factor determinante de la gm y, consecuentemente, de la fotosíntesis. A lo largo de la filogenia, la composición de la pared celular específica de Summary 6 cada grupo también influye la Tcw. Bajo condiciones de estrés abiótico, se ha demostrado que ocurren modificaciones dinámicas y rápidas en la composición de la pared celular que también promueven cambios en otros rasgos funcionales, por ejemplo, las relaciones hídricas, siendo ε un parámetro clave. Aunque la naturaleza de algunos de estos cambios varía de manera particular según la especie estudiada, se discute el potencial de las pectinas como componentes más relevantes de la pared celular que pueden determinar ajustes en distintos rasgos funcionales bajo condiciones de estrés abiótico. Finalmente, se comenta cuál es el estado actual de las metodologías usadas para estudiar la composición de la pared celular con más detalle y también cuáles son las perspectivas de futuro para continuar profundizando en el estudio de cómo la pared celular influye la gm y, por lo tanto, la fotosíntesis

Ginkgo biloba and Helianthus annuus show different strategies to adjust photosynthesis, leaf water relations, and cell wall composition under water deficit stress

[eng] Cell wall thickness (Tcw) determines photosynthesis and leaf elasticity. However, only a few studies in angiosperms addressed cell wall composition implication in regulating photosynthesis and leaf water relations through mesophyll conductance (gm) and bulk modulus of elasticity (ε) adjustments, respectively. Thus, we compared the phylogenetically distant Ginkgo biloba L. and Helianthus annuus L. under control and water deprivation to study the relationship between changes in cell wall composition (cellulose, hemicelluloses, and pectins) with gm and ε. Although no changes were found for Tcw, both species differently modified cell wall composition, resulting in different physiological consequences. H. annuus increased cellulose, hemicelluloses, and pectins in a similar proportion, maintaining ε. Additionally, it reduced photosynthesis due to stomatal closure. G. biloba did not decrease photosynthesis and largely increased hemicelluloses, leaf mass area, and leaf density, enhancing ε. Nonetheless, no association between cell wall composition and gm was found in either of the two species

Dynamic changes in cell wall composition of mature sunflower leaves under distinct water regimes affect photosynthesis

[eng] In previous work, we identified that exposure to limited water availability induced changes in cell wall composition of mature Helianthus annuus L. leaves that affected mesophyll conductance to CO2 diffusion (gm). However, it is unclear on which timescale these changes in cell wall composition occurred. Here, we subjected H. annuus to control (i.e. water availability), different levels of short-term water deficit stress (ST), long-term water deficit stress (LT), and long-term water deficit stress followed by gradual recoveries addressed at different timescales (LT-Rec) to evaluate the dynamics of modifications in the main composition of cell wall (cellulose, hemicelluloses, pectins and lignins) affecting photosynthesis. During gradual ST treatments, pectins enhancement was associated with gm decline. However, during LT-Rec, pectins content decreased significantly after only 5 h, while hemicelluloses and lignins amounts changed after 24 h, all being uncoupled from gm. Surprisingly, lignins increased by around 200% compared with control and were related to stomatal conductance to gas diffusion (gs) during LT-Rec. Although we suspect that the accuracy of the protocols to determine cell wall composition should be re-evaluated, we demonstrate for the first time that a highly dynamic cell wall composition turnover differently affects photosynthesis in plants subjected to distinct water regimes

Reduced photosynthesis in Arabidopsis thaliana

International audienceThe cell wall is a complex and dynamic structure that determines plants' performance by constant remodeling of its compounds. Although cellulose is its major load‐bearing component, pectins are crucial to determine wall characteristics. Changes in pectin physicochemical properties, due to pectin remodeling enzymes (PRE), induce the rearrangement of cell wall compounds, thus, modifying wall architecture. In this work, we tested for the first time how cell wall dynamics affect photosynthetic properties in Arabidopsis thaliana pectin methylesterase atpme17.2 and pectin acetylesterase atpae11.1 mutants in comparison to wild‐type Col‐0. Our results showed maintained PRE activities comparing mutants with wild‐type and no significant differences in cellulose, but cell wall non‐cellulosic neutral sugars contents changed. Particularly, the amount of galacturonic acid (GalA) – which represents to some extent the pectin cell wall proportion – was reduced in the two mutants. Additionally, physiological characterization revealed that mutants presented a decreased net CO 2 assimilation (A N ) because of reductions in both stomatal (g s ) and mesophyll conductances (g m ). Thus, our results suggest that atpme17.2 and atpae11.1 cell wall modifications due to genetic alterations could play a significant role in determining photosynthesis

Historic exposure to herbivores, not constitutive traits, explains plant tolerance to herbivory in the case of two Medicago species (Fabaceae)

[eng] Mechanisms that allow plants to survive and reproduce after herbivory are considered to play a key role in plant evolution. In this study, we evaluated how tolerance varies in species with different historic exposure to herbivores considering ontogeny. We exposed the range-restricted species Medicago citrina and its closely related and widespread species M. arborea to one and two herbivory simulations (80 % aerial biomass loss). Physiological and growth parameters related to tolerance capacity were assessed to evaluate constitutive values (without herbivory) and induced tolerance after damage. Constitutive traits were not always related to greater tolerance, and each species compensated for herbivory through different traits. Herbivory damage only led to mortality in M. citrina; adults exhibited root biomass loss and increased oxidative stress after damage, but also compensated aerial biomass. Despite seedlings showed a lower death percentage than adults after herbivory in M. citrina, they showed less capacity to recover control values than adults. Moderate tolerance to M. arborea herbivory and low tolerance to M. citrina is found. Thus, although the constitutive characteristics are maintained in the lineage, the tolerance of plants decreases in M. citrina. That represents how plants respond to the lack of pressure from herbivores in their habitat

Cell wall thickness and composition are involved in photosynthetic limitation

[eng] The key role of cell walls in setting mesophyll conductance to CO2 (gm) and, consequently, photosynthesis is reviewed. First, the theoretical properties of cell walls that can affect gm are presented. Then, we focus on cell wall thickness (Tcw) reviewing empirical evidence showing that Tcw varies strongly among species and phylogenetic groups in a way that correlates with gm and photosynthesis; that is, the thicker the mesophyll cell walls, the lower the gm and photosynthesis. Potential interplays of gm, Tcw, dehydration tolerance, and hydraulic properties of leaves are also discussed. Dynamic variations of Tcw in response to the environment and their implications in the regulation of photosynthesis are discussed, and recent evidence suggesting an influence of cell wall composition on gm is presented. We then propose a hypothetical mechanism for the influence of cell walls on photosynthesis, combining the effects of thickness and composition, particularly pectins. Finally, we discuss the prospects for using biotechnology for enhancing photosynthesis by altering cell wall-related genes