Structure and development of root gall induced by Meloidogyne javanica in Glycine max L / Estrutura e desenvolvimento da galha radicular induzida por Meloidogyne javanica em Glycine max L

Galls formed by root-knot nematodes have been studied in several cultivated species focusing on understanding the intimate relationship between parasite and the host plant. Species of Meloidogyne induce the development of a feeding site in the cortex or vascular cylinder of the host plant and are totally dependent on this site formation to complete their life cycle. Therefore, we focused on anatomical, cytological and histochemical changes during the establishment and development of galls and giant cells induced by Meloidogyne javanica in the roots of Glycine max. Seeds of soybean (susceptible cultivar M8372 IPRO) were sown in trays with coconut fibre substrate and the seedlings were removed ten days after the seeds emerged for nematode inoculation. The roots from inoculated and non-inoculated (control) were sampled at different stages of development until 55 days after inoculation. Histological, cytological, histochemical analysis were performed in light and electron microscopy in non-galled tissue and galls induced by M. javanica. The galls showed different shapes and abundance in the roots inoculated by M. javanica. The induction of galls occurs by hypertrophy of the root cortex shortly after the initial infection process. Giant cells were formed 18 days after nematode inoculation. These giant or nourishing cells are multinucleated, and have a dense cytoplasm, a thick wall with invaginations, many mitochondria and small vacuoles. The anatomical sections indicated a disorganisation of the cells of the cortex and vascular cylinder in relation to the control root.

Galhas radiculares induzidas por nematoides têm sido estudadas em diversas espécies cultivadas, fornecendo subsídios para a compreensão da íntima relação entre parasita e hospedeiro. O estabelecimento do nematoide das galhas passa, necessariamente, pelo processo de formação das células gigantes, que garantem a nutrição do nematoide. As espécies de Meloidogyne estabelecem um sitio de alimentação no córtex ou cilindro vascular da raiz, sendo esses organismos totalmente dependentes deste sítio de indução. Desta forma o objetivo deste trabalho foi avaliar as alterações anatômicas, citológicas e histoquímicas durante o desenvolvimento de galhas induzidas por Meloidogyne javanica em raízes de Glycine max. A variedade de soja utilizada foi a M8372 IPRO, susceptível ao nematoide M. javanica. As sementes foram semeadas em bandejas e depois colocadas em tubetes, onde foram realizadas coletas de amostras radiculares em diferentes estádios de desenvolvimento, tanto de plantas inoculadas com o nematoide quanto de plantas controle. As amostras de galhas e raízes não galhadas foram utilizadas para as análises histológicas, citológicas e histoquímicas, em microscopia óptica e eletrônica. Verificou-se a presença de galhas após a inoculação de M. javanica, com variação na quantidade e na forma. A indução das galhas ocorre pela hipertrofia do córtex da raiz, logo após o processo inicial de infecção. Aos18 dias após a inoculação do nematoide já é possível observar a formação de células gigantes. Estas células gigantes ou nutridoras são multinucleadas, possuem citoplasma denso, parede espessa com invaginações, muitas mitocôndrias e pequenos vacúolos. As secções anatômicas indicaram uma desorganização das células do córtex e cilindro vascular em relação à raiz não inoculada (controle).

Structure and development of root gall induced by Meloidogyne javanica in Glycine max L / Estrutura e desenvolvimento da galha radicular induzida por Meloidogyne javanica em Glycine max L

Galls formed by root-knot nematodes have been studied in several cultivated species focusing on understanding the intimate relationship between parasite and the host plant. Species of Meloidogyne induce the development of a feeding site in the cortex or vascular cylinder of the host plant and are totally dependent on this site formation to complete their life cycle. Therefore, we focused on anatomical, cytological and histochemical changes during the establishment and development of galls and giant cells induced by Meloidogyne javanica in the roots of Glycine max. Seeds of soybean (susceptible cultivar M8372 IPRO) were sown in trays with coconut fibre substrate and the seedlings were removed ten days after the seeds emerged for nematode inoculation. The roots from inoculated and non-inoculated (control) were sampled at different stages of development until 55 days after inoculation. Histological, cytological, histochemical analysis were performed in light and electron microscopy in non-galled tissue and galls induced by M. javanica. The galls showed different shapes and abundance in the roots inoculated by M. javanica. The induction of galls occurs by hypertrophy of the root cortex shortly after the initial infection process. Giant cells were formed 18 days after nematode inoculation. These giant or nourishing cells are multinucleated, and have a dense cytoplasm, a thick wall with invaginations, many mitochondria and small vacuoles. The anatomical sections indicated a disorganisation of the cells of the cortex and vascular cylinder in relation to the control root.(AU)

Galhas radiculares induzidas por nematoides têm sido estudadas em diversas espécies cultivadas, fornecendo subsídios para a compreensão da íntima relação entre parasita e hospedeiro. O estabelecimento do nematoide das galhas passa, necessariamente, pelo processo de formação das células gigantes, que garantem a nutrição do nematoide. As espécies de Meloidogyne estabelecem um sitio de alimentação no córtex ou cilindro vascular da raiz, sendo esses organismos totalmente dependentes deste sítio de indução. Desta forma o objetivo deste trabalho foi avaliar as alterações anatômicas, citológicas e histoquímicas durante o desenvolvimento de galhas induzidas por Meloidogyne javanica em raízes de Glycine max. A variedade de soja utilizada foi a M8372 IPRO, susceptível ao nematoide M. javanica. As sementes foram semeadas em bandejas e depois colocadas em tubetes, onde foram realizadas coletas de amostras radiculares em diferentes estádios de desenvolvimento, tanto de plantas inoculadas com o nematoide quanto de plantas controle. As amostras de galhas e raízes não galhadas foram utilizadas para as análises histológicas, citológicas e histoquímicas, em microscopia óptica e eletrônica. Verificou-se a presença de galhas após a inoculação de M. javanica, com variação na quantidade e na forma. A indução das galhas ocorre pela hipertrofia do córtex da raiz, logo após o processo inicial de infecção. Aos18 dias após a inoculação do nematoide já é possível observar a formação de células gigantes. Estas células gigantes ou nutridoras são multinucleadas, possuem citoplasma denso, parede espessa com invaginações, muitas mitocôndrias e pequenos vacúolos. As secções anatômicas indicaram uma desorganização das células do córtex e cilindro vascular em relação à raiz não inoculada (controle).(AU)

Structural, histochemical and photosynthetic profiles of galls induced by Eugeniamyia dispar (Diptera: Cecidomyiidae) on the leaves of Eugenia uniflora (Myrtaceae) / Perfiles estructurales, histoquímicos y fotosintéticos de las agallas inducidas por Eugeniamyia dispar (Diptera: Cecidomyiidae) en las hojas de Eugenia uniflora (Myrtaceae)

Abstract Gall-inducing insects manipulate the structural, histochemical and physiological profiles of host-plant tissues to develop galls. We evaluated galls induced by Eugeniamyia dispar on the leaves of Eugenia uniflora in an attempt to answer the following questions: (i) How does this gall-inducing insect change the structural and histochemical profiles of the host-plant organ? (ii) Despite structural changes, can gall tissues maintain photosynthetic activity? Starch, proteins, reducing sugars and reactive oxygen species were detected mainly in the nutritive tissue surrounding the larval chamber. Despite structural changes, the galls induced by E. dispar on E. uniflora retain chlorophyllous tissue, although its amount and photosynthetic activity are less than that of non-galled leaves. This reduced photosynthetic activity, in association with the presence of large intercellular spaces, could improve gas diffusion and, consequently, avoid hypoxia and hypercarbia in gall tissue.(AU)

Resumen Los insectos que inducen las agallas manipulan los perfiles estructurales, histoquímicos y fisiológicos de los tejidos de la planta hospedera para su desarrollo. Nosotros evaluamos las agallas inducidas por Eugeniamyia dispar en las hojas de Eugenia uniflora en un intento de responder las siguientes preguntas: (i) ¿Cómo este insecto inductor de agallas cambia los perfiles estructurales e histoquímicos en el órgano de la planta hospedera? (ii) A pesar de las modificaciones estructurales, ¿pueden los tejidos de la agalla mantener la actividad fotosintética? El almidón, las proteínas, los azúcares reductores y las especies reactivas de oxígeno se detectaron principalmente en la capa de tejido nutritivo que rodea a la cavidad larval. A pesar de las modificaciones estructurales, las agallas inducidas por E. dispar en E. uniflora retienen su tejido clorofílico, aunque su cantidad y actividad fotosintética son menores que en las hojas no agalladas. Esta actividad fotosintética reducida, asociado a la presencia de grandes espacios intercelulares, pueden mejorar la difusión de gases y, en consecuencia, evitar la hipoxia y la hipercapnia en los tejidos de las agallas.(AU)

Desempenho fotossintético de folhas jovens e maduras de Vochysia cinnamomea (Vochysiaceae) em áreas de cerrado rupestre intactas e pós-queimada / Photosynthetic performance of young and mature leaves of Vochysia cinnamomea (Vochysiaceae) at intact and after fire areas of cerrado rupestre

O fogo exerce um papel importante como modelador dos ecossistemas de diversas formações vegetais, especialmente o Cerrado. Sua ação induz a brotação em diversas espécies, muitas vezes formando folhas mais vigorosas e fisiologicamente mais ativas. Nesse contexto, o presente trabalho investigou o desempenho fotossintético de folhas jovens e maduras de Vochysia cinnamomea Pohl (Vochysiaceae) em resposta à ação do fogo natural sobre uma área de cerrado rupestre da Serra da Canastra, Minas Gerais, comparando-se; (1) folhas jovens de área queimada e não queimada e (2) folhas jovens e maduras de um mesmo indivíduo. Foram analisadas folhas maduras de indivíduos de área não queimada cuja brotação ocorreu anterior à queimada, e folhas jovens de indivíduos de áreas queimadas e não queimadas cuja brotação ocorreu após a passagem do fogo. Foram coletados e analisados dados relativos às taxas fotossintéticas, rendimento quântico potencial e efetivo, taxa relativa de transporte de elétrons, assimilação líquida de CO2, condutância estomática, transpiração e teores de clorofila. Não houve diferenças significativas entre as folhas jovens da área queimada e da área não queimada em relação aos processos fisiológicos testados. Desta forma não há nenhum tipo de resposta rápida em relação à passagem do fogo. Entretanto, foram encontradas diferenças significativas quando comparadas folhas jovens e maduras. É fato que folhas jovens de V. cinnamomea são estruturalmente distintas de folhas maduras, são mais suculentas e pilosas enquanto as folhas maduras são mais coriáceas, glabras e com cutícula evidente. Estas diferenças estruturais e os estágios fisiológicos de maturação distintos se refletem nas características fisiológicas estudadas nestas folhas que, quando maduras apresentam-se com menor grau de fotoinibição, maior teor de clorofilas e maior assimilação líquida de CO2.

Post-fire effect plays an important role as a modulator of plant ecosystems, especially of the Cerrado. It induces leaf sprouting in several species, often forming vigorous and more physiologically active leaves. In the present study it was investigated the photosynthetic performance of young and mature leaves of Vochysia cinnamomea Pohl (Vochysiaceae) in response to the fire action in a "cerrado rupestre" area of Serra da Canasta, Minas Gerais, comparing; (1) young leaves from fired and intact area, and (2) young and mature leaves from the same plant. Mature leaves from intact area plants which leaf sprouting occurred before fire action in the adjacent area, and young leaves from intact and fired area which leaf sprouting occurred after fire action were analyzed. Data were collected and analyzed on photosynthetic rates, potential and effective quantum yield, electron transport rate, CO2 assimilation, stomatal conductance, transpiration and chlorophyll contents. There were no significant differences between the young leaves of the burned and unburned area in relation to physiological parameters tested. Thus there is no kind of quick response in relation to fire effects. However, significant differences between young and mature leaves were found. Young leaves are structurally distinct of the mature leaves, been more succulent and pilous while mature leaves are more coriaceous, glabrous and with thicked cuticle. The structural differences between young and mature leaves are reflected in distinct physiological performance. Mature leaves present lower degree of photoinhibition, higher pigment content and CO2 assimilation.

The effects of in vitro culture on the leaf anatomy of Jatropha curcas L. (Euphorbiaceae) / Efeitos da cultura in vitro na anatomia foliar de Jatropha curcas L. (Euphorbiaceae)

Jatropha curcas (Euphorbiaceae) is an evergreen tree traditionally used in popular medicine, and also as a promising source for bio-fuel production. The in vitro propagation of this species has been studied as an alternative to conventional methods such as cutting and seedling. In vitro culture environment consists on closed flasks, with high relative humidity, reduced gas exchanges and artificial temperature and luminosity conditions. These conditions may induce physiological and anatomical alterations in cultivated plants. The occurrence of anatomical alterations on the leaves of J. curcas was examined in plants cultivated both in vitro and ex vitro, under greenhouse conditions. The stomatal index was higher on the leaves from greenhouse plants. Mesophyll thickness did not differ, but the greenhouse leaves presented an additional palisade layer, which reflects the environmental influence on cell division. The cells of the chlorophyllous parenchyma of young plants grown in greenhouse conditions have larger chloroplasts than those of the plants grown in vitro. The chloroplasts of mature leaves are similar in height, but the mitochondria are smaller. Current results indicate that the leaves of J. curcas respond distinctly to both environments. It is necessary to adjust the abiotic conditions in vitro to avoid precocious senescence, diagnosed by chloroplasts and mesophyll degradation.

Jatropha curcas (Euphorbiaceae) é uma espécie arbórea sempre-verde usada tradicionalmente na medicina popular e com potencial para produção de biodiesel. A propagação in vitro desta espécie tem sido avaliada como alternativa aos meios convencionais de estaquia e plantio. O ambiente in vitro consiste em frascos de vidro fechados, com umidade relativa elevada, trocas gasosas reduzidas, e condições artificialmente controladas de temperatura e luminosidade. Tais condições podem induzir anormalidades fisiológicas e anatômicas nas plantas cultivadas. A ocorrência de alterações anatômicas foi avaliada em folhas de J. curcas cultivadas in vitro e em casa de vegetação visando diagnosticar os efeitos do ambiente in vitro sobre o desenvolvimento das plantas. O índice estomático foi maior nas folhas de plantas crescidas em casa de vegetação. A espessura do mesofilo não apresentou alterações, mas as folhas das plantas crescidas em casa de vegetação apresentaram uma camada adicional de parênquima paliçádico. Citologicamente, as células do parênquima clorofiliano de plantas jovens crescidas em casa de vegetação possuem cloroplastos maiores do que aqueles das plantas crescidas in vitro. Nas plantas maduras, os cloroplastos apresentam tamanhos similares. As mitocôndrias possuem tamanhos reduzidos nas plantas maduras ex vitro. Nossos resultados mostram que as folhas de J. curcas respondem distintamente aos dois ambientes. Ajustes nas condições abióticas in vitro são necessários para evitar a senescência precoce, diagnosticada pela desintegração dos cloroplastos e consequentemente do mesofilo. Current results indicate that the leaves of J. curcas respond distinctly to both environments. It is necessary to adjust the abiotic conditions in vitro to avoid precocious senescence, diagnosed by chloroplasts and consequent mesophyll degradation.

Ontogênese foliar em Lavoisiera mucorifera Mart. & Schrank ex DC. (Melastomataceae) / Leaf ontogenesis in Lavoisiera mucorifera Mart. & Schrank ex DC. (Melastomataceae)

A ontogênese foliar associada a análises histométricas podem fornecer respostas conclusivas sobre a obtenção da forma da folha, assim como detalhes estruturais que podem ser usados como subsídio taxonômico para Melastomataceae. Assim, o objetivo deste estudo foi descrever a ontogenia foliar de Lavoisiera mucorifera, elucidando os processos de origem e desenvolvimento dos tecidos e formato das folhas. Folhas de diferentes estágios de desenvolvimento foram coletadas e processadas conforme técnicas usuais em anatomia vegetal. No primeiro nó nota-se a origem da lâmina a partir dos meristemas marginais e submarginais, bem como diferenças nos processos de divisão e expansão celular nas regiões mediana e apical, que proporcionam o formato lanceolado da folha. A partir do segundo nó observa-se que o sistema fundamental origina-se a partir das camadas adaxial, mediana e abaxial do mesofilo. Nos terceiro e quarto nós observa-se principalmente a formação de nervuras de terceira e quarta ordens. A partir do quinto nó, os tecidos estão completamente diferenciados sendo observados os caracteres: folhas isolaterais, cutícula espessa, epiderme unisseriada, estômatos anomocíticos, além de drusas e células esclerênquimáticas no mesofilo. Nossos resultados complementam os poucos estudos anatômicos na família, especialmente ao descrever a morfologia e desenvolvimento das emergências e tricomas.

The leaf ontogenesis associated to histometric analyzes can provide conclusive answers about the leaf shape formation, as well structural details that could be used as taxonomic subsidy in Melastomataceae. Our purpose was to describe the leaf ontogenesis of Lavoisiera mucorifera, and the processes cell elongation in leaf shape formation. Leaves of different developmental stages were collected and processed according to usual techniques in plant anatomy. At first nodethe origin of the leaf lamina from the sub-marginal and marginal meristems as well as differences in the processes of cell division and expansion in the middle and apical providing the format lanceolate leaf shape. At second node is observed that the ground system develops from adaxial, abaxial and median layers. At third and fourth nodes is observed mainly the vein ramification. From the fifth node the tissues are completely differentiated being observed characters like isobilateral leaves, thick cuticle, uniseriate epidermis, anomocytic stomata and druse e sclerenchymatic cells in the mesophyll. Our results also complement the few anatomical studies the family to describe the morphology and development of trichomes and emergences.