Brazilian Journal of Plant Physiology, Volume: 15, Issue: 2, Published: 2003
  • Plant BiP gene family: differential expression, stress induction and protective role against physiological stresses Minireviews

    Carolino, Sonia Madali Boseja; Vaez, Juliana Rocha; Irsigler, André Southernman Teixeira; Valente, Maria Anete S.; Rodrigues, Leonardo Augusto Zebral; Fontes, Elizabeth Pacheco Batista

    Abstract in Portuguese:

    Enquanto, em mamíferos e leveduras, a proteína Binding Protein (BiP) é representada por um único gene, em diversas plantas, tais como milho, Arabidopsis, tabaco e soja, a BiP é codificada por uma família multigênica. A análise e a caracterização sistemáticas da expressão de BiP de soja têm revelado a existência de múltiplos mecanismos complexos de regulação que controlam a expressão dos genes BiP de plantas. Consistente com essa observação, tem-se demonstrado que a família de BiP de soja exibe expressão órgão-específica e regulação diferencial em resposta a estresses fisiológicos mediante vias distintas de sinalização intracelular. Como um membro da família Hsp70 de proteínas relacionadas com estresses, a elucidação da função e regulação de BiP de plantas, provavelmente, resultará no desenvolvimento de novas estratégias moleculares para obtenção de plantas tolerantes a condições de estresses do meio ambiente. Coerente com essa observação, tem-se provado que a hiperexpressão de um gene BiP da soja em plantas transgênicas promove aumento de tolerância a agentes que causam estresses típicos do retículo endoplasmático durante germinação da semente e confere tolerância a estresse hídrico durante o crescimento da planta.

    Abstract in English:

    In contrast to yeast or mammalian counterpart, BiP (Binding Protein) from several plant species, such as maize, tobacco, Arabidopsis and soybean, is encoded by a multigene family. A systematic characterization and analysis of soybean BiP expression have provided evidence for the existence of multiple, complex regulatory mechanisms controlling plant BiP gene expression. In support of this observation, the soybean BiP gene family has been shown to exhibit organ-specific expression and differential regulation in response to abiotic stresses through distinct signaling pathways. As a member of the stress-regulated HSP70 family of protein, the elucidation of plant BiP function and regulation is likely to lead do new strategies to enhance crop tolerance to environmental stress. Consistent with this observation, transgenic plants overexpressing soybean BiP have demonstrated to exhibit increased tolerance to ER (endoplasmic reticulum) stressors during seed germination and enhanced tolerance to water deficit during plant growth.
  • Plant insulin or glucokinin: a conflicting issue Minireviews

    Xavier-Filho, José; Oliveira, Antônia Elenir A.; Silva, Luciana Belarmindo da; Azevedo, Cassiana Rocha; Venâncio, Thiago Motta; Machado, Olga Lima T.; Oliva, Maria Luiza; Fernandes, Kátia Valevski S.; Xavier-Neto, José

    Abstract in Portuguese:

    A presença de insulina em plantas não é aceita pela comunidade científica em geral. Nesta revisão, discutimos esse paradigma e recuperamos informações que sugerem fortemente a presença de insulina em plantas. Adicionalmente, apresentamos resultados obtidos por nós revelando a presença em leguminosas de uma proteína com a mesma seqüência de aminoácidos da insulina bovina. Apresentamos, também, evidências da presença em plantas de proteínas normalmente associadas à sinalização por insulina em vertebrados.

    Abstract in English:

    The presence of insulin in plants is not accepted by the scientific community in general. In this review we discuss this paradigm and retrieve information that strongly suggests that insulin is indeed found in plants. We present results, which indicate that a protein molecule with the same amino acid sequence as bovine insulin is expressed in leguminous plants. Additionally, we provide evidence that proteins associated with insulin signalling pathways in vertebrates are also found in association with insulin-like molecules in plants.
  • CO2 assimilation, photosynthetic light response curves, and water relations of 'Pêra' sweet orange plants infected with Xylella fastidiosa Research Articles

    Habermann, Gustavo; Machado, Eduardo Caruso; Rodrigues, João Domingos; Medina, Camilo Lázaro

    Abstract in Portuguese:

    Plantas com clorose variegada dos citros (CVC), uma doença causada pela bactéria Xylella fastidiosa, restrita ao xilema, apresentam folhas com sintomas de deficiência hídrica, associados com diminuição na fotossíntese líquida e na taxa de transpiração. Utilizando-se plantas sadias e com CVC de laranjeira 'Pêra' sobre limoeiro 'Cravo', as variáveis de trocas gasosas foram medidas com sistema portátil aberto de fotossíntese. Todas as plantas foram irrigadas e o potencial da água na folha (Yw) medido pela técnica psicrométrica de termopar isopiéstico. Fotossíntese líquida (A) vs. concentração interna de CO2 na folha (curvas A/Ci) foram analisadas. O efeito relativo da resistência estomática sobre a fotossíntese (S%) e a estimativa da eficiência de carboxilação foram calculados. Taxas de fotossíntese e transpiração, condutância estomática e concentração interna de CO2 na folha (Ci) foram também medidas quando se variou a densidade de fluxo de fótons fotossinteticamente ativos (DFFFA). Os valores de S% foram 30 % maiores nas plantas doentes, comparados às sadias, e seu ponto de compensação de luz também foi maior e o ponto de saturação de luz nas plantas com CVC foi duas vezes menor. O menor Yw nas plantas doentes reforçou a hipótese de oclusão do xilema, que provavelmente causou o menor suprimento de água para o mesofilo, diminuindo as taxas de fotossíntese e de transpiração. Todavia, houve também uma redução nas atividades metabólicas da fotossíntese, representada pela baixa eficiência de carboxilação e distúrbios fotoquímicos detectados nas plantas doentes.

    Abstract in English:

    Plants with citrus variegated chlorosis (CVC), a disease caused by the xylem-limited bacteria Xylella fastidiosa, have leaves with water deficiency symptoms and are associated with decreases on the net photosynthesis and transpiration rates. Using healthy and CVC-affected 'Pêra' sweet orange plants on 'Rangpur' lime rootstock, the leaf gas exchange variables were measured with an open-gas portable photosynthesis system. All plants were watered and the leaf water potential (Yw) was measured by isopiestic thermocouple psychrometric technique. The net photosynthesis (A) vs. internal leaf CO2 concentration (A/Ci curves) was analyzed. The relative effect of stomatal resistance on photosynthesis (S%) and the estimation of carboxylation efficiency were calculated. The rates of photosynthesis and transpiration, stomatal conductance, and internal leaf CO2 concentration (Ci) were also measured while varying the photosynthetic photon flux density (PPFD). The S% values were approximately 30 % greater in infected plants when compared to healthy ones. The light compensation point for diseased plants was higher than in the healthy ones, and the saturation light point in plants with CVC was twofold lower. The lower Yw in diseased plants favours the hypothesis of xylem occlusion, which probably caused a lower water supply to the mesophyll, thus decreasing the photosynthesis and transpiration rates. Nevertheless, there was also a reduction in the photosynthetic metabolic activities, represented by lower carboxylation efficiency and photochemical disturbances that were detected in diseased plants.
  • High temperature effects on the response of photosynthesis to light in sweet orange plants infected with Xylella fastidiosa Research Articles

    Ribeiro, Rafael Vasconcelos; Machado, Eduardo Caruso; Oliveira, Ricardo Ferraz de; Pimentel, Carlos

    Abstract in Portuguese:

    O objetivo desse estudo foi avaliar os efeitos da alta temperatura nas respostas da fotossíntese à luz em laranjeira doce infectada por Xylella fastidiosa. Essa bactéria vascular é o agente causal da clorose variegada dos citros, que causa sérios problemas para a indústria citrícola brasileira. Respostas da evolução de oxigênio fotossintético e parâmetros relacionados com fluorescência da clorofila a ao aumento da intensidade luminosa foram avaliadas a 35ºC e 45ºC, em discos foliares sadios e infectados. O aumento da temperatura afetou a maquinaria fotossintética das plantas sadias e infectadas, mostrando as plantas infectadas maior sensibilidade fotoquímica (i.e., na eficiência quântica potencial do fotossistema II, fluorescência máxima e basal e na relação entre fluorescência variável e basal). Essa maior sensibilidade das plantas infectadas não refletiu menores taxas de fotossíntese, uma vez que os valores da evolução de oxigênio fotossintético não mudaram a 45ºC. Plantas sadias e infectadas apresentaram diferenças na evolução de oxigênio fotossintético, mas valores similares de eficiência quântica efetiva do fotossistema II e da taxa aparente de transporte de elétrons a 35ºC. Esses resultados sugerem que a limitação da fotossíntese em plantas infectadas pela Xylella fastidiosa pode surgir de injúrias nas reações bioquímicas.

    Abstract in English:

    The objective of this study was to evaluate the high temperature effects on the response of photosynthesis to light in sweet orange plants infected with Xylella fastidiosa. This vascular bacterium is the causal agent of the citrus variegated chlorosis that causes severe economical losses to the Brazilian citrus industry. The responses of the photosynthetic oxygen evolution and the parameters related to chlorophyll a fluorescence to the increase in light intensity were evaluated at 35ºC and 45ºC in both healthy and infected leaf discs. The increase in temperature affected the photosynthetic apparatus of both healthy and infected plants, although infected plants showed higher photochemical sensitivity at the higher temperature (e.g. in the potential quantum efficiency of photosystem II, maximum and basal fluorescence yield, and in the relation between variable and basal fluorescence yield). This higher sensitivity of infected plants was not reflected in the overall photosynthetic reaction, since photosynthetic oxygen evolution values did not vary at 45ºC. Healthy and infected plants showed differences in photosynthetic oxygen evolution but displayed similar effective quantum efficiency of photosystem II as well as apparent electron transport rates at 35ºC. These results suggest that the limitations in photosynthesis observed on the infected plants might arise through impaired biochemical reactions.
  • Physiological responses of NaCl stressed cowpea plants grown in nutrient solution supplemented with CaCl2 Research Articles

    Silva, José Vieira; Lacerda, Claudivan Feitosa de; Costa, Paulo Henrique Alves da; Enéas Filho, Joaquim; Gomes Filho, Enéas; Prisco, José Tarquínio

    Abstract in Portuguese:

    Plantas de feijão-de-corda (Vigna unguiculata (L.) Walp.) Pitiúba foram cultivadas em solução nutritiva e conservadas em casa de vegetação até o estádio de pré-floração, e foram submetidas a quatro tratamentos, a saber: solução nutritiva; solução nutritiva contendo NaCl a 75 mmol.L-1; solução nutritiva contendo NaCl a 75 mmol.L-1 e CaCl2 a 5 e a 10 mmol.L-1. O estresse salino inibiu fortemente o crescimento, provocou distúrbios no balanço hídrico das plantas e elevou o teor total de solutos inorgânicos nas diferentes partes das plantas, em vista, principalmente, do acúmulo de Na+ e Cl-. Além disso, aumentou o teor de carboidratos solúveis nas folhas e raízes, reduziu o teor de nitrogênio amino-solúvel, tanto nas extremidades das raízes como nas folhas trifolioladas mais jovens, e diminuiu os níveis de prolina nas extremidades das raízes. Embora a adição de CaCl2 ao ambiente radicular de plantas estressadas tenha provocado redução no teor de Na+, especialmente nas raízes, não minorou os efeitos do estresse nas relações hídricas e no crescimento das plantas. Os resultados obtidos, portanto, não dão suporte à hipótese de que o cálcio suplementar minoraria os efeitos inibitórios do estresse induzido por NaCl.

    Abstract in English:

    Pitiuba cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp.) plants were grown in nutrient solution and kept in a greenhouse up to pre-flowering stage. They were subjected to four different treatments: nutrient solution; nutrient solution containing 75 mmol.L-1 NaCl; nutrient solution containing 75 mmol.L-1 NaCl and 5 mmol.L-1 CaCl2; and nutrient solution containing 75 mmol.L-1 NaCl and 10 mmol.L-1 CaCl2. Salt stress strongly inhibited plant growth, caused a disturbance in plant-water balance, and increased the total content of inorganic solutes in the different plant parts, due mainly to accumulation of Na+ and Cl-. It also increased leaf and root soluble carbohydrates, reduced soluble amino nitrogen both in root tips and in the youngest trifoliate leaves, and reduced proline levels in root tips. Although the addition of CaCl2 to the root environment of salt stressed plants caused a reduction in Na+ content, specially in roots, it did not ameliorate the salt stress effects on plant-water relations and growth. Therefore, the results obtained do not support the hypothesis that supplemental calcium would ameliorate the inhibitory effects of NaCl-stress.
  • Endogenous auxin and cytokinin contents associated with shoot formation in leaves of pineapple cultured in vitro Research Articles

    Mercier, Helenice; Souza, Beatriz Maia; Kraus, Jane Elizabeth; Hamasaki, Regina Mayumi; Sotta, Bruno

    Abstract in Portuguese:

    A cultura in vitro de folhas de abacaxizeiro em meio de indução de eixos caulinares (SIM) resulta na formação de protuberâncias e, posteriormente, no desenvolvimento de eixos caulinares e de plantas. Os teores endógenos de ácido idolilacético (AIA) e de cinco citocininas, N6 (2-isopenteniladenina (iP), N6 (2-isopenteniladenosina (iPR), zeatina (Z), zeatina ribosídica (ZR) e N6-benziladenina (BA), presentes na porção basal dessas folhas, foram correlacionados à resposta organogenética que ocorre durante o período de 15 dias de cultivo. Uma intensa redução do balanço endógeno entre auxina/citocininas ocorreu no 3º dia de cultivo, em função, principalmente, de grande incremento no conteúdo de iP. Sugere-se que a concentração endógena de iP tenha desencadeado a sinalização indutora da resposta organogenética das bases foliares do abacaxizeiro. O aumento no teor de iP depende da presença conjunta de BA e do ácido naftalenoacético (ANA) no meio de cultura, indicando que a produção endógena de iP é regulada em resposta à absorção desses reguladores de crescimento.

    Abstract in English:

    The in vitro culture of pineapple leaves on a shoot induction medium (SIM) results in the formation of protuberances and further development in shoots, and plantlets. The contents of endogenous indoleacetic acid (IAA) and five cytokinins (Cks), N6(2-isopentenyl)adenine (iP), N6(2-isopentenyl)adenosine (iPR), zeatin (Z), zeatin riboside (ZR) and N6-benzyladenine (BA), present in the basal portion of those leaves, were correlated to the organogenic response that occurs over 15 days of culture. The endogenous auxin/cytokinins ratio was lowest on the 3rd day, mainly due to a strong increase in the iP level. It seems that endogenous iP concentration triggered the induction signal for an organogenic response in pineapple leaf bases. The rise in iP content required the presence of BA and a-naphthaleneacetic acid (NAA) in the medium, suggesting that endogenous iP production is regulated in response to these growth regulator uptakes.
  • Osmotic adjustment in roots and leaves of two sorghum genotypes under NaCl stress Research Articles

    Lacerda, Claudivan Feitosa de; Cambraia, José; Oliva, Marco Antonio; Ruiz, Hugo Alberto

    Abstract in Portuguese:

    Plântulas de dois genótipos de sorgo [Sorghum bicolor (L.) Moench], um tolerante (CSF 20) e outro sensível (CSF 18), foram cultivadas em solução nutritiva contendo 0, 50 e 100 mmol.L-1 de NaCl durante sete dias. O potencial osmótico (Ys) e a contribuição de solutos orgânicos e inorgânicos foram, então, determinados. O estresse salino reduziu o Ys do suco celular em folhas e raízes dos dois genótipos, principalmente do sensível. A maior queda no Ys no genótipo sensível, pareceu ser, pelo menos em parte, resultado dos maiores acúmulos de Na+ e Cl- que, provavelmente, excederam a quantidade necessária ao ajustamento osmótico. Entre os solutos inorgânicos, K+ foi o que mais contribuiu para o Ys de folhas e de raízes em plantas não-estressadas, sua contribuição, porém, decresceu com a intensificação do estresse salino, principalmente no genótipo sensível. Os carboidratos solúveis e os aminoácidos foram os solutos orgânicos que mais contribuíram para o Ys nas folhas e raízes, respectivamente. Não se observaram diferenças estatísticas para a contribuição de tais solutos para o Ys foliar entre os genótipos. Suas contribuições para o Ys de raízes, no entanto, foram maiores no genótipo tolerante, especialmente no tratamento com maior concentração de NaCl. A contribuição da prolina para o Ys foi pequena nas folhas e raízes dos dois genótipos e sua acumulação não se correlacionou com a tolerância à salinidade. Os resultados sugerem que o genótipo tolerante foi capaz de manter um "pool" osmótico mais adequado em suas raízes e folhas do que o sensível sob estresse salino.

    Abstract in English:

    Seedlings of two sorghum genotypes [Sorghum bicolor (L.) Moench], one salt tolerant (CSF 20) and the other salt sensitive (CSF 18) were grown in nutrient solution containing 0, 50 and 100 mmol.L-1 NaCl for seven days and the osmotic potential (Ys) and the contribution of organic and inorganic solutes to the Ys were determined in the leaves and roots. Salinity reduced the Ys of the cellular sap of leaves and roots in both genotypes, mainly in the salt sensitive one. The higher decrease in the Ys in the salt sensitive genotype was mostly due to higher accumulation of Na+ and Cl- that probably exceeded the amount needed for the osmotic adjustment. Among the inorganic solutes, K+ contributed the most to the Ys in control unstressed seedlings, but its contribution decreased as salt stress increased, especially in the salt sensitive genotype. Soluble carbohydrates and amino acids were the organic solutes that contributed the most to the leaf and root Ys, respectively. No statistically significant difference in these organic solute contributions to the leaf Ys between genotypes was observed. Their contributions to the root Ys, however, were higher in the salt tolerant genotype, especially at higher NaCl concentration. Proline contribution to leaf and root Ys was quite small in both genotypes and its accumulation was not related to salt tolerance. Our results suggest that the salt tolerant genotype was able to maintain a more adequate osmotic pool in the leaves and roots under salt stress than the salt sensitive genotype.
  • Purification and partial characterization of a lectin from Caesalpinia tinctoria Domb, ex Dc fruits Short Communications

    Oliveira, Marli Lourdes de; Beltramini, Leila Maria; Simone, Salvatore Giovanni de; Brumano, Maria Helena Nasser; Silva-Lucca, Rosemeire Aparecida; Nakaema, Marcelo Kiyoshi Kian; Pires, Christiano Vieira; Oliveira, Maria Goreti de Almeida

    Abstract in Portuguese:

    Isolou-se uma lectina a partir do extrato salino da fava dos frutos de Caesalpinia tinctoria mediante dialofiltração e cromatografia de afinidade em coluna de quitina. A lectina purificada foi caracterizada parcialmente com relação às suas propriedades bioquímicas e estruturais, e classificada como um glicopeptídio contendo 8,3 % de carboidratos, aglutinando hemácias do grupo ABO. Sua composição em aminoácidos foi caracterizada por grande número de resíduos ácidos e hidrofóbicos, e sua massa molecular, estimada em 12,5 kDa. A análise do grupo N-terminal mostrou a homogeneidade da lectina, cuja seqüência dos 21 resíduos iniciais é a seguinte: D¹-V-P-A-Y-V-Y-V-H-F10-G-F-G-E-E-H-R-D-V-F 20-D. O espectro de dicroísmo circular da lectina na região do UV distante indicou a presença de 10 % de a-hélice; 38 % de folhas b; 19 % de voltas b; 28 % de estruturas desordenadas e 6 % da conformação P II (hélice poli-L-prolina II).

    Abstract in English:

    A lectin was isolated from the pod saline extract of Caesalpinia tinctoria by dialoconcentration on Centripep-10 and affinity chromatography on chitin column. The purified lectin was partially characterized with respect to its biochemical and structural properties. It contains 8.3 % of carbohydrate and exhibited an agglutinating activity against human erythrocytes (ABO groups). Its amino acid composition was characterized by a great number of acidic and hydrophobic residues and the estimated molecular mass was 12.5 kDa. The presence of only one N-terminal amino acid sequence (D¹-V-P-A-Y-V-Y-V-H-F10-G-F-G-E-E-H-R -D-V-F20-D), showed the homogeneity of the purified lectin. The far-ultraviolet circular dichroism (CD) spectrum of lectin indicated that it contains 10 % a-helix, 38 % b-sheet, 28 % unordered form and 6 % of P II (poly-L-proline II helix conformation).
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