The stilbene biosynthetic pathway and its regulation in Scots pine

Conifers dominate the boreal forests of the Northern Hemisphere, and especially members of the family Pinaceae have great economic and ecological significance. Part of their success is thought to arise from the vast array of secondary metabolites they produce. The products of secondary metabolism are essential for plants to survive in the ever-changing environment. In Scots pine (Pinus sylvestris L.), two groups of secondary metabolites, stilbenes and resin acids, are crucial for decay resistance of heartwood timber and for active defense responses against herbivores and fungal pathogens. Several studies have shown that stilbenes improve decay resistance of pine heartwood. Since there is wide variation in the concentration of stilbenes between individuals and the trait has high heritability, it may be possible to breed heartwood that is more decay-resistant. However, breeding for heartwood properties is slow, since the decay resistance characteristics can be estimated at the earliest from 30-year-old trees. Early selection methods utilizing genetic markers or chemical screening are needed, but we do not yet understand which genes control the biosynthesis of stilbenes and what the genetic differences are between individuals that explain the variation in the capacity to produce stilbenes. Importantly, there is genetic correlation between stress-induced stilbene biosynthesis in seedlings and the heartwood stilbene content in their adult mother trees. Here, we examined the pine transcriptional responses under two conditions that were previously known to activate stilbene biosynthesis: heartwood formation in adult trees and ultraviolet (UV)-C treatment of needles in seedlings. We found that these two conditions had very little in common, except for the activation of stilbene pathway genes. For example, the regulators of the two responses seemed not to be shared. The activation of the stilbene pathway in response to UV-C treatment occurred a few hours after the onset of the treatment and was independent of translation. Stilbene biosynthesis seems to be an early defense response in Scots pine. Heartwood formation, an important developmental process in the senescence of secondary xylem, is poorly understood. Based on transcriptomic analysis, stilbene biosynthesis occurs in situ in the transition zone between the sapwood and heartwood, but resin acids were synthesized primarily in the sapwood. Bifunctional nuclease, an enzyme involved in the process of developmentally programmed cell death (dPCD), is a useful marker for heartwood formation and aided us in defining the timing of the process, from spring to late autumn. Expression of this marker, which is strictly confined to dPCD conditions, further clarified that heartwood formation truly is a process that is initiated by intrinsic programming instead of environmental cues. The transcriptomic data revealed that the expression of the previously characterized pinosylvin O-methyltransferase gene, PMT1, was not induced under stilbene-forming conditions. A new PMT-encoding gene, PMT2, was identified by coexpression analysis. The gene showed an inducible expression pattern very similar to that of the stilbene synthase gene under all conditions studied. PMT2 furthermore methylated pinosylvin with high specificity, in contrast to PMT1, which accepted several substrates.Pohjoisen pallonpuoliskon kasvillisuus on havumetsien hallitsemaa ja etenkin mäntykasvien (Pinaceae) heimoon kuuluu taloudellisesti ja ekologisesti merkittäviä lajeja. Yksi selitys havupuiden menestykselle saattaa olla niiden kyky tuottaa laaja kirjo erilaisia sekundaariyhdisteitä. Männyn (Pinus sylvestris L.) tärkeimpiin sekundaariyhdisteisiin kuuluvat stilbeenit ja terpeenit toimivat puolustuksessa tuholaisia ja patogeenejä vastaan. Aikaisemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että aktiivisen puolustuksen lisäksi etenkin stilbeenit parantavat männyn sydänpuun lahonkestävyyttä. Sydänpuun stilbeenien määrä vaihtelee huomattavasti yksilöiden välillä ja ominaisuus on periytyvä, mikä mahdollistaa sydänpuun lahonkestävyyden parantamisen jalostuksen keinoin. Sydänpuun laatuominaisuuksien jalostus on kuitenkin hidasta ja varhaisvalintaan soveltuvien geenimerkkien tunnistaminen nopeuttaisi jalostusprosessia. Emme kuitenkaan vielä tiedä, mitkä geenit säätelevät stilbeenien biosynteesiä ja selittävät erot sydänpuun stilbeenien määrässä. Stilbeenien tuotanto käynnistyy erilaisten stressitekijöiden vaikutuksesta neulasissa ja mantopuussa. Indusoituva tuotanto korreloi sydänpuun stilbeenien määrän kanssa ja tätä voidaan mahdollisesti hyödyntää kemiallisessa seulonnassa taimien varhaisvalinnassa. Tässä väitöskirjassa tutkittiin muutoksia männyn transkriptomissa sydänpuun muodostumisen aikana ja UV-C käsittelyn seurauksena. Stilbeenien biosynteesireitin entsyymejä koodavat geenit aktivoituivat kummassakin tapauksessa, mutta muuten transkriptomeilla oli hyvin vähän yhteistä. Esimerkiksi yhteisiä transkriptiota sääteleviä tekijöitä ei löydetty ja vaikuttaakin siltä, että eri transkriptiofaktorit säätelevät stilbeenien biosynteesireittiä sydänpuun kehityksen aikana ja stressitekijöiden vaikutuksesta. Sydänpuun muodostumisen aikana puussa tapahtuvat kemialliset ja rakenteelliset muutokset tunnetaan joillakin lajeilla hyvin, mutta itse prosessin ajoittuminen sekä käynnistymiseen ja säätelyyn vaikuttavat tekijät ovat vielä suurelta osin tuntemattomia. Stilbeenin biosynteesistä vastaavat geenit ilmenivät vaihettumisvyöhykkeellä mantopuun ja sydänpuun välissä, jossa sydänpuun muodostuminen käynnistyy ja näin tukee aiempaa käsitystä stilbeenien in situ biosynteesistä. Hartsihappojen biosynteesistä vastaavat geenit taas ilmenivät lähinnä mantopuussa, jolloin ne todennäköisesti kuljetetaan vaihettumisvyöhykkeelle sen ulkopuolelta. Ohjelmoidulla solukuolemalla on suuri merkitys sekä kasvin kehityksessä, että stressivasteissa. Bifunktionaalinen nukleaasi (BFN) on entsyymi, joka on yhdistetty aiemmissa tutkimuksissa spesifisesti kasvien kehityksellisiin tapahtumiin. Entsyymiä koodaavan geenin havaittiin ilmenevän ainoastaan vaihettumisvyöhykkeellä. Tämä tukee hypoteesia, jonka mukaan sydänpuun muodostuminen on sisäisesti säädelty eikä ympäristötekijöiden laukaisema tapahtuma. Bifunktionaalinen nukleaasi toimi myös hyödyllisenä markkerina sydänpuun muodostumisen ajoittamisessa keväästä myöhäiseen syksyyn. Transkriptiodata paljasti, että aiemmin tunnistettu stilbeenireitin viimeistä reaktiota katalysoiva metyylitransferaasientsyymiä (PMT1) koodaava geeni ei indusoitunut tutkituissa stilbeenejä tuottavissa olosuhteissa. Tunnistimme uuden metyylitransferaasia koodaavan geenin (PMT2), jonka ekspressioprofiili vastasi stilbeenireitin toisen entsyymin, stilbeenisyntaasin ekspressiota kaikissa tutkituissa olosuhteissa. PMT2 metyloi spesifisesti pinosylviiniä kun taas PMT1 metyloi stilbeenien lisäksi useita rakenteellisesti erilaisia substraatteja

Mapping local patterns of childhood overweight and wasting in low- and middle-income countries between 2000 and 2017

A double burden of malnutrition occurs when individuals, household members or communities experience both undernutrition and overweight. Here, we show geospatial estimates of overweight and wasting prevalence among children under 5 years of age in 105 low- and middle-income countries (LMICs) from 2000 to 2017 and aggregate these to policy-relevant administrative units. Wasting decreased overall across LMICs between 2000 and 2017, from 8.4% (62.3 (55.1–70.8) million) to 6.4% (58.3 (47.6–70.7) million), but is predicted to remain above the World Health Organization’s Global Nutrition Target of <5% in over half of LMICs by 2025. Prevalence of overweight increased from 5.2% (30 (22.8–38.5) million) in 2000 to 6.0% (55.5 (44.8–67.9) million) children aged under 5 years in 2017. Areas most affected by double burden of malnutrition were located in Indonesia, Thailand, southeastern China, Botswana, Cameroon and central Nigeria. Our estimates provide a new perspective to researchers, policy makers and public health agencies in their efforts to address this global childhood syndemic

Integrated satellite microwave and infrared measurements of precipitation during a Bay of Bengal cyclone

115-124In the present paper, an approach for integrated IR and microwave measurements using various satellite sensors have been used for the study of a severe cyclone over Bay of Bengal and adjoining Eastern India and Bangladesh during 24-29 April 1991. The rain estimates from measurements of brightness temperatures from Special Sensor Microwave/Imager (SSM/I) and Outgoing Longwave Radiation (OLR) from IR radiances of polar orbiting and geostationary satellites have been used. Since the OLR derived rainfall exhibit a larger spatial spread with lower intensities in rain fall fields, we have followed the above procedure for optimally combining both the observations for more realistic rainfall o n regional scale to study precipitation fields. Since the OLR rains are well represented spatially and tempo rally by more frequent observations from both geostationary and polar orbiting satellites, the algorithm sharpens the IR derived rain s and augments it to the microwave derived rain. The combined IR and microwave rain algorithm brings out the finer details of the cyclone structure and precipitation fields, and thus seems to be highly promising for operational applications. Some aspects of the associated wind fields are also examined for their relationship with tropical rain intensity in the present case. A comparison of rainfall is performed with rare in-situ observations over the coastal regions during the severe cyclone

Sensitivity of brightness temperatures to the oceanic surface roughness and rainfall for TRMM and IRS-P4-MSMR radiometric channels over the Indian Ocean

61-70Upwelling microwave radiances at the top of the atmosphere originate partly from the oceanic/land surfaces and partly from atmospheric constituents. Radiative transfer simulations have been carried out for the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM)-Microwave Imager (TMI) and Indian OCEANSAT-Multichannel Scanning Microwave Radiometer (MSMR) radiometric frequencies for varying winds, under clear sky (non-raining) and raining conditions. Both emission and scattering based radiative transfer simulations are carried out for typical atmospheric profiles over the North Indian Ocean during the monsoon season. The simulation results match reasonably well with the real observations from TRMMTMI and MSMR channels that represent a variety of oceanic and atmospheric conditions during the south-west monsoon season. The main purpose of simulations is to delineate the frequencies that are most sensitive (as far as brightness temperatures are concerned) to the ocean surface and rainfall characteristics. This effort will contribute for the combined use of different sensors to retrieve geophysical parameters with better accuracy