Ionoma de plantas: cenário atual e perspectivas

Biological systems are governed by the sum of all expressed genes, proteins, metabolites and components of an organism. The analysis of a tissue ionome helps to identify, among others, genes that contribute to a greater or lesser accumulation of essential elements and heavy metals, as well as interaction between metabolic processes. The ionome knowledge, coupled with the use of molecular biology techniques, form a very efficient system for gene mapping, and functional genomic studies, and general characterization of plants physiological status in a given condition. Another interesting process that the ionome study allows to analyse is the interactions among plants' ions and how such ion availability can affect the absorption and use of others. The aim of this review is to present and discuss the ionome as an important tool in the elucidation of several mechanisms involved in absorption, translocation and accumulation of essential and nonessential elements in plant and its relation with their metabolism.

Os sistemas biológicos são governados pela soma de todos os genes expressos, proteínas, metabólitos e elementos de um organismo. A análise do ionoma de um tecido auxilia a identificar, entre outros aspectos, genes que contribuam para maior ou menor acúmulo de elementos essenciais e metais pesados, bem como a interação entre processos metabólicos. O conhecimento do ionoma, aliado ao uso de técnicas de biologia molecular, formam um sistema muito eficiente para mapeamento gênico, para estudos de genômica funcional e para caracterização geral do estado fisiológico das plantas em uma determinada condição. Além disso, o estudo do ionoma permite avaliar as interações existentes entre os mais diversos íons das plantas e como a disponibilidade de um íon afeta a absorção e uso de outros. O objetivo desta revisão é apresentar e discutir o ionoma como uma ferramenta importante na elucidação dos mais diversos mecanismos envolvidos na absorção, translocação e acúmulo de elementos essenciais e não-essenciais em plantas e sua relação com o metabolismo delas.

Ionoma de plantas: cenário atual e perspectivas

Biological systems are governed by the sum of all expressed genes, proteins, metabolites and components of an organism. The analysis of a tissue ionome helps to identify, among others, genes that contribute to a greater or lesser accumulation of essential elements and heavy metals, as well as interaction between metabolic processes. The ionome knowledge, coupled with the use of molecular biology techniques, form a very efficient system for gene mapping, and functional genomic studies, and general characterization of plants physiological status in a given condition. Another interesting process that the ionome study allows to analyse is the interactions among plants' ions and how such ion availability can affect the absorption and use of others. The aim of this review is to present and discuss the ionome as an important tool in the elucidation of several mechanisms involved in absorption, translocation and accumulation of essential and nonessential elements in plant and its relation with their metabolism.

Os sistemas biológicos são governados pela soma de todos os genes expressos, proteínas, metabólitos e elementos de um organismo. A análise do ionoma de um tecido auxilia a identificar, entre outros aspectos, genes que contribuam para maior ou menor acúmulo de elementos essenciais e metais pesados, bem como a interação entre processos metabólicos. O conhecimento do ionoma, aliado ao uso de técnicas de biologia molecular, formam um sistema muito eficiente para mapeamento gênico, para estudos de genômica funcional e para caracterização geral do estado fisiológico das plantas em uma determinada condição. Além disso, o estudo do ionoma permite avaliar as interações existentes entre os mais diversos íons das plantas e como a disponibilidade de um íon afeta a absorção e uso de outros. O objetivo desta revisão é apresentar e discutir o ionoma como uma ferramenta importante na elucidação dos mais diversos mecanismos envolvidos na absorção, translocação e acúmulo de elementos essenciais e não-essenciais em plantas e sua relação com o metabolismo delas.

Genetic similarity among strawberry cultivars assessed by RAPD and ISSR markers

Most strawberry (Fragaria × ananassa Duchesne) cultivars used in Brazil are developed in other countries, it became clear the need to start the strawberry breeding program in the country. To start a breeding program is necessary the genetic characterization of the germplasm available. Molecular markers are important tools that can be used for this purpose. The objectives of the present study were to assess the genetic similarity among 11 strawberry cultivars using RAPD and ISSR molecular markers and to indicate the possible promising crosses. The DNA of the eleven strawberry cultivars was extracted and amplified by PCR with RAPD and ISSR primers. The DNA fragments were separated in agarose gel for the RAPD markers and in polyacrylamide gel for the ISSR markers. The genetic similarity matrix was estimated by the Jaccard coefficient. Based on this matrix, the cultivars were grouped using the UPGMA method. The dendogram generated by the RAPD markers distributed the cultivars in three groups while the ISSR markers generated two groups. There was no direct relationship between the marker groups when the two types of markers were compared. The grouping proposed by the ISSR markers was more coherent with the origin and the genealogy of the cultivars than that proposed by the RAPD markers, and it can be considered the most efficient method for the study of genetic divergence in strawberry. The most promising crosses, based on the genetic divergence estimated from the RAPD and ISSR molecular data were between the Tudla and Ventana and the Oso Grande and Ventana cultivars, respectively.

Genetic similarity among strawberry cultivars assessed by RAPD and ISSR markers

Most strawberry (Fragaria × ananassa Duchesne) cultivars used in Brazil are developed in other countries, it became clear the need to start the strawberry breeding program in the country. To start a breeding program is necessary the genetic characterization of the germplasm available. Molecular markers are important tools that can be used for this purpose. The objectives of the present study were to assess the genetic similarity among 11 strawberry cultivars using RAPD and ISSR molecular markers and to indicate the possible promising crosses. The DNA of the eleven strawberry cultivars was extracted and amplified by PCR with RAPD and ISSR primers. The DNA fragments were separated in agarose gel for the RAPD markers and in polyacrylamide gel for the ISSR markers. The genetic similarity matrix was estimated by the Jaccard coefficient. Based on this matrix, the cultivars were grouped using the UPGMA method. The dendogram generated by the RAPD markers distributed the cultivars in three groups while the ISSR markers generated two groups. There was no direct relationship between the marker groups when the two types of markers were compared. The grouping proposed by the ISSR markers was more coherent with the origin and the genealogy of the cultivars than that proposed by the RAPD markers, and it can be considered the most efficient method for the study of genetic divergence in strawberry. The most promising crosses, based on the genetic divergence estimated from the RAPD and ISSR molecular data were between the Tudla and Ventana and the Oso Grande and Ventana cultivars, respectively.

Root architecture modification in response to phosphorus and nitrogen availability / Alterações na arquitetura de raiz em resposta à disponibilidade de fósforo e nitrogênio

Nutrient availability is a common soil restriction for plant growth and development. Plants have evolved mechanisms to cope with this kind of stress, such as root architecture remodeling. Changes in root architecture may cause differential soil exploration ability, affecting nutrient uptake. Root architecture might be affected not only by nutrient availability but also by its soil mobility. Phosphorus limitation, a non-mobile nutrient, produces a shallow and branched root system, increasing the volume of exploited soil. Nitrogen limitation, a high-mobile nutrient, does not affect primary root growth. However, high nitrogen patches increase local lateral root initiation and elongation. The knowledge about sensors and transduction pathways is still scarce. There are emerging evidences for crosstalk between nutrient signaling pathways. Understanding the acclimation responses to nutrient availability, considering the interactive and hierarchical regulation of signaling pathways, is essential for adequate growth modeling and output prediction. Increased in the efficiency of nutrient uptake and use may reduce costs and promote better resources allocation, improving agriculture sustainability.

A baixa disponibilidade de nutrientes é situação comum que restringe o crescimento e desenvolvimento das plantas. Estas desenvolveram mecanismos para conviver com este tipo de estresse, que incluem modificações na arquitetura do sistema radicular. As alterações na arquitetura das raízes modificam a capacidade de exploração do solo e, portanto, o potencial para extração dos nutrientes. Essas alterações relacionam-se não apenas à disponibilidade, mas também à mobilidade no solo do nutriente limitante. A limitação de fósforo, nutriente pouco móvel no solo, gera alterações que objetivam aumentar o volume de solo explorado e a superficialidade do sistema radicular. A limitação de nitrogênio, nutriente com alta mobilidade no solo, não altera o crescimento da raiz principal, mas as raízes laterais respondem significativamente à presença de N em áreas específicas do solo. O conhecimento dos sensores e da rota de transdução destes sinais é limitado e há evidências da interação com a disponibilidade de outros nutrientes. O entendimento do processo de aclimatação e resgate da deficiência considerando a interação entre nutrientes, a sobreposição de rotas e priorização destas é essencial para adequada modelagem do crescimento das plantas e previsão de comportamento. A obtenção de aumento da eficiência de captação e uso desses nutrientes reduzirá custos e promoverá melhor aproveitamento dos

Dormência em sementes de arroz vermelho

Red rice is considered the major weed in rice areas. The similarity between red rice and cultivated rice difficults the red rice control. Seed dormancy and viability in the soil allow the maintanence of the biotype in the area and facilite the dissemination in surrounded areas. Dormancy duration and intensity depend on biotype and environmental conditions during seed development. In general, biotypes have two types of dormancy: one from surrounding structures and the other one from embryo. The dormancy relief can occur on different times. It depends on environmental conditions (temperature and humidity) in afterripening. Some substances have shown good results on breaking dormancy, in special, acids and cytokinins, however, other hormones have shown only a partial effect. These substances have not affected the surrounding structures. The red rices mechanism of dormancy/relief is far from being stabilished.

O arroz vermelho é considerado a principal planta daninha na maioria das lavouras de arroz, pois, além dos prejuízos causados pela competição, sua similaridade com o arroz cultivado dificulta seu controle. A dormência e a viabilidade de suas sementes no solo permitem a continuidade dos biotipos na lavoura e facilitam a disseminação para áreas próximas. A duração e a intensidade da dormência variam com o biotipo e com as condições ambientais vigentes durante o desenvolvimento da semente. A maior parte dos ecotipos apresenta dois tipos de dormência, uma devido às estruturas envoltórias e outra devido ao embrião. O período necessário para a superação da dormência é dependente das condições (temperatura e umidade) a que a semente é exposta após a maturação. Várias substâncias têm sido eficientes na quebra da dormência, em especial, ácidos e citocininas. Outros reguladores tiveram apenas efeito parcial. Ressalta-se que todas as substâncias testadas não atuaram sobre as estruturas envoltórias. O mecanismo pelo qual ocorre a manutenção/alívio da dormência permanece desconhecido.

Dormência em sementes de arroz vermelho

Red rice is considered the major weed in rice areas. The similarity between red rice and cultivated rice difficults the red rice control. Seed dormancy and viability in the soil allow the maintanence of the biotype in the area and facilite the dissemination in surrounded areas. Dormancy duration and intensity depend on biotype and environmental conditions during seed development. In general, biotypes have two types of dormancy: one from surrounding structures and the other one from embryo. The dormancy relief can occur on different times. It depends on environmental conditions (temperature and humidity) in afterripening. Some substances have shown good results on breaking dormancy, in special, acids and cytokinins, however, other hormones have shown only a partial effect. These substances have not affected the surrounding structures. The red rice’s mechanism of dormancy/relief is far from being stabilished.

O arroz vermelho é considerado a principal planta daninha na maioria das lavouras de arroz, pois, além dos prejuízos causados pela competição, sua similaridade com o arroz cultivado dificulta seu controle. A dormência e a viabilidade de suas sementes no solo permitem a continuidade dos biotipos na lavoura e facilitam a disseminação para áreas próximas. A duração e a intensidade da dormência variam com o biotipo e com as condições ambientais vigentes durante o desenvolvimento da semente. A maior parte dos ecotipos apresenta dois tipos de dormência, uma devido às estruturas envoltórias e outra devido ao embrião. O período necessário para a superação da dormência é dependente das condições (temperatura e umidade) a que a semente é exposta após a maturação. Várias substâncias têm sido eficientes na quebra da dormência, em especial, ácidos e citocininas. Outros reguladores tiveram apenas efeito parcial. Ressalta-se que todas as substâncias testadas não atuaram sobre as estruturas envoltórias. O mecanismo pelo qual ocorre a manutenção/alívio da dormência permanece desconhecido.

Root architecture modification in response to phosphorus and nitrogen availability / Alterações na arquitetura de raiz em resposta à disponibilidade de fósforo e nitrogênio

Nutrient availability is a common soil restriction for plant growth and development. Plants have evolved mechanisms to cope with this kind of stress, such as root architecture remodeling. Changes in root architecture may cause differential soil exploration ability, affecting nutrient uptake. Root architecture might be affected not only by nutrient availability but also by its soil mobility. Phosphorus limitation, a non-mobile nutrient, produces a shallow and branched root system, increasing the volume of exploited soil. Nitrogen limitation, a high-mobile nutrient, does not affect primary root growth. However, high nitrogen patches increase local lateral root initiation and elongation. The knowledge about sensors and transduction pathways is still scarce. There are emerging evidences for crosstalk between nutrient signaling pathways. Understanding the acclimation responses to nutrient availability, considering the interactive and hierarchical regulation of signaling pathways, is essential for adequate growth modeling and output prediction. Increased in the efficiency of nutrient uptake and use may reduce costs and promote better resources allocation, improving agriculture sustainability.

A baixa disponibilidade de nutrientes é situação comum que restringe o crescimento e desenvolvimento das plantas. Estas desenvolveram mecanismos para conviver com este tipo de estresse, que incluem modificações na arquitetura do sistema radicular. As alterações na arquitetura das raízes modificam a capacidade de exploração do solo e, portanto, o potencial para extração dos nutrientes. Essas alterações relacionam-se não apenas à disponibilidade, mas também à mobilidade no solo do nutriente limitante. A limitação de fósforo, nutriente pouco móvel no solo, gera alterações que objetivam aumentar o volume de solo explorado e a superficialidade do sistema radicular. A limitação de nitrogênio, nutriente com alta mobilidade no solo, não altera o crescimento da raiz principal, mas as raízes laterais respondem significativamente à presença de N em áreas específicas do solo. O conhecimento dos sensores e da rota de transdução destes sinais é limitado e há evidências da interação com a disponibilidade de outros nutrientes. O entendimento do processo de aclimatação e resgate da deficiência considerando a interação entre nutrientes, a sobreposição de rotas e priorização destas é essencial para adequada modelagem do crescimento das plantas e previsão de comportamento. A obtenção de aumento da eficiência de captação e uso desses nutrientes reduzirá custos e promoverá melhor aproveitamento dos