RESUMO
Foliar development involves successive phases of cell proliferation and expansion that determine the final leaf size, and is characterized by an early burst of reactive oxygen species generated in the photosynthetic electron transport chain (PETC). Introduction of the alternative PETC acceptor flavodoxin in tobacco chloroplasts led to a reduction in leaf size associated to lower cell expansion, without affecting cell number per leaf. Proteomic analysis showed that the biogenesis of the PETC proceeded stepwise in wild-type leaves, with accumulation of light-harvesting proteins preceding that of electron transport components, which might explain the increased energy and electron transfer to oxygen and reactive oxygen species build-up at this stage. Flavodoxin expression did not affect biogenesis of the PETC but prevented hydroperoxide formation through its function as electron sink. Mature leaves from flavodoxin-expressing plants were shown to contain higher levels of transcripts encoding components of the proteasome, a key negative modulator of organ size. Proteome profiling revealed that this differential accumulation was initiated during expansion and led to increased proteasomal activity, whereas a proteasome inhibitor reverted the flavodoxin-dependent size phenotype. Cells expressing plastid-targeted flavodoxin displayed lower endoreduplication, also associated to decreased organ size. These results provide novel insights into the regulation of leaf growth by chloroplast-generated redox signals, and highlight the potential of alternative electron shuttles to investigate the link(s) between photosynthesis and plant development.
Assuntos
Cloroplastos , Nicotiana , Folhas de Planta , Complexo de Endopeptidases do Proteassoma , Cloroplastos/metabolismo , Folhas de Planta/metabolismo , Folhas de Planta/crescimento & desenvolvimento , Folhas de Planta/genética , Complexo de Endopeptidases do Proteassoma/metabolismo , Nicotiana/genética , Nicotiana/metabolismo , Nicotiana/crescimento & desenvolvimento , Transporte de Elétrons , Fotossíntese , Flavodoxina/metabolismo , Flavodoxina/genética , Proteínas de Plantas/metabolismo , Proteínas de Plantas/genéticaRESUMO
Fluctuating asymmetry, defined as random differences between the two sides of a symmetrical structure, has been often related to development stress in both plants and animals. In plants, leaf fluctuating asymmetry has been related to stresses such as pollution and fire and may also be related to leaf growth and herbivory rates. We assessed whether leaf fluctuating asymmetry is related to plant and leaf size in Miconia albicans (Sw.) Triana (Melastomataceae), a common multi-stem Neotropical shrub, in a Brazilian savanna area. We collected 15 leaves from each of 70 individuals, and measured fluctuating asymmetry as the difference in area between the right and left sides of the leaves using the central vein as reference. To avoid spurious results due to measurement error, the division along the central vein was performed independently by three researchers. We also measured the basal area and height of each stem of the plant individuals. We used linear models to assess the relations between leaf fluctuating asymmetry, plant size and leaf size. No consistent relations were observed between leaf fluctuating asymmetry and plant size, as the analyses performed on the fluctuating asymmetry values obtained by the different researchers showed different results. However, relative fluctuating asymmetry values, obtained by dividing the fluctuating asymmetry by the total leaf area, tended to be smaller in larger leaves. It thus appears that, in the study species, fluctuating asymmetry is related to the developmental conditions faced by the individual leaves and not by the plant as a whole.
A assimetria flutuante, definida como diferenças aleatórias entre os dois lados de uma estrutura simétrica, tem sido frequentemente relacionada ao estresse de desenvolvimento em plantas e animais. Nas plantas, a assimetria flutuante foliar tem sido relacionada a estresses como poluição e fogo e também pode estar relacionada ao crescimento foliar e taxas de herbivoria. Nós avaliamos se a assimetria flutuante foliar está relacionada ao tamanho da planta e da folha em Miconia albicans (Sw.) Triana (Melastomataceae), um arbusto neotropical multicaule comum, em uma área de Cerrado. Coletamos 15 folhas de cada um dos 70 indivíduos e medimos a assimetria flutuante como a diferença de área entre os lados direito e esquerdo das folhas usando a nervura central como referência. Para evitar resultados espúrios devido ao erro de medição, a separação ao longo da nervura centra foi feita independentemente por três pesquisadoras/es. Também medimos a área basal e a altura de cada caule de cada planta. Usamos modelos lineares para avaliar as relações entre assimetria flutuante foliar, tamanho da planta e tamanho da folha. Não foram observadas relações consistentes entre a assimetria flutuante da folha e o tamanho da planta, pois as análises realizadas nos valores da assimetria flutuante obtidos pelas/os diferentes pesquisadoras/es mostraram resultados diferentes. No entanto, os valores de assimetria flutuante relativa, obtidos pela divisão da assimetria flutuante pela área foliar total, tenderam a ser menores nas folhas maiores. Assim, verifica-se que, na espécie estudada, a assimetria flutuante está relacionada às condições de desenvolvimento enfrentadas pelas folhas individuais e não pela planta como um todo.
Assuntos
Poluição Ambiental , Desenvolvimento Vegetal/fisiologia , Incêndios , Brasil , PradariaRESUMO
Climate change will increase the risk of flooding in several areas of the world where Populus deltoides Marshall (eastern cottonwood) is planted, so it would be desirable for this species to select for flooding tolerance. The aims of this work were to explore the variability in growth, leaf traits and flooding tolerance in an F1 full-sib intraspecific progeny of P. deltoides, to analyze the correlations of leaf and growth traits with flooding tolerance and to assess their suitability for use in breeding programs. Two-month-old parental clones and their progeny of 30 full-sib F1 genotypes were grown in pots and subjected to two treatments: (i) plants watered to field capacity (control) and (ii) plants flooded up to 10 cm above soil level for 35 days. Growth (height, diameter and biomass partition) and leaf traits (leaf size and number, specific leaf area, leaf senescence, abscission, stomatal conductance, carbon isotope discrimination, stomatal index) were measured. Flooding tolerance for each genotype was estimated as the ratio of the biomass of stressed plants to the biomass of control plants. Results showed segregation in terms of flooding tolerance in the F1 progeny. A significant genotype effect was found for leaf size and number, carbon isotopic discrimination and stomatal conductance, but it did not correlate with flooding tolerance. Height, diameter and root-to-shoot ratio had a positive phenotypic correlation with flooding tolerance, and there was a positive genetic correlation of height and diameter with biomass on both treatments. The narrow sense heritability values for the traits analyzed ranged from 0 to 0.56. We conclude that growth traits are more adequate than leaf traits for selection to increase flooding tolerance. A vigorous initial growth would increase flooding tolerance in young poplar plants.
Assuntos
Populus/genética , Biomassa , Inundações , Genótipo , Folhas de Planta/genéticaRESUMO
Individual leaf area (LA) is a key variable in studies of tree ecophysiology because it directly influences light interception, photosynthesis and evapotranspiration of adult trees and seedlings. We analyzed the leaf dimensions (length L and width W) of seedlings and adults of seven Neotropical rainforest tree species (Brosimum rubescens, Manilkara maxima, Pouteria caimito, Pouteria torta, Psidium cattleyanum, Symphonia globulifera and Tabebuia stenocalyx) with the objective to test the feasibility of single regression models to estimate LA of both adults and seedlings. In southern Bahia, Brazil, a first set of data was collected between March and October 2012. From the seven species analyzed, only two (P. cattleyanum and T. stenocalyx) had very similar relationships between LW and LA in both ontogenetic stages. For these two species, a second set of data was collected in August 2014, in order to validate the single models encompassing adult and seedlings. Our results show the possibility of development of models for predicting individual leaf area encompassing different ontogenetic stages for tropical tree species. The development of these models was more dependent on the species than the differences in leaf size between seedlings and adults.(AU)
Área foliar individual (AF) é uma variável chave em estudos sobre a ecofisiologia de arbóreas, porque influencia diretamente a interceptação de luz, a fotossíntese e a evapotranspiração das árvores adultas e das mudas. Foram analisadas as dimensões foliares (comprimento - C e largura - L) de indivíduos adultos e de mudas de sete espécies arbóreas de florestas neotropicais (Brosimum rubescens, Manilkara maxima, Pouteria caimito, Pouteria torta, Psidium cattleyanum, Symphonia globulifera e Tabebuia stenocalyx), com o objetivo de testar a viabilidade de modelos de regressão linear para estimar a AF de indivíduos adultos e mudas. No sul da Bahia, Brasil, um primeiro conjunto de dados foi coletado entre março e outubro de 2012. A partir das sete espécies analisadas, apenas duas (P. cattleyanum e T. stenocalyx) apresentaram relações muito semelhantes entre e AF e CL, em ambos os estádios ontogenéticos. Para estas duas espécies, um segundo conjunto de dados foi coletado em agosto de 2014, a fim de validar os modelos únicos que englobam folhas de indivíduos adultos e mudas. Nossos resultados mostram a possibilidade de desenvolvimento de modelos para a predição da área foliar, abrangendo diferentes estádios ontogenéticos para espécies arbóreas tropicais. O desenvolvimento destes modelos foi mais dependente das espécies do que das diferenças entre o tamanho das folhas de mudas e de indivíduos adultos.(AU)
Assuntos
Árvores , Folhas de Planta , Análise de Regressão , Floresta Úmida , Fotossíntese , Evapotranspiração , BrasilRESUMO
Abstract Individual leaf area (LA) is a key variable in studies of tree ecophysiology because it directly influences light interception, photosynthesis and evapotranspiration of adult trees and seedlings. We analyzed the leaf dimensions (length – L and width – W) of seedlings and adults of seven Neotropical rainforest tree species (Brosimum rubescens, Manilkara maxima, Pouteria caimito, Pouteria torta, Psidium cattleyanum, Symphonia globulifera and Tabebuia stenocalyx) with the objective to test the feasibility of single regression models to estimate LA of both adults and seedlings. In southern Bahia, Brazil, a first set of data was collected between March and October 2012. From the seven species analyzed, only two (P. cattleyanum and T. stenocalyx) had very similar relationships between LW and LA in both ontogenetic stages. For these two species, a second set of data was collected in August 2014, in order to validate the single models encompassing adult and seedlings. Our results show the possibility of development of models for predicting individual leaf area encompassing different ontogenetic stages for tropical tree species. The development of these models was more dependent on the species than the differences in leaf size between seedlings and adults.
Resumo Área foliar individual (AF) é uma variável chave em estudos sobre a ecofisiologia de arbóreas, porque influencia diretamente a interceptação de luz, a fotossíntese e a evapotranspiração das árvores adultas e das mudas. Foram analisadas as dimensões foliares (comprimento - C e largura - L) de indivíduos adultos e de mudas de sete espécies arbóreas de florestas neotropicais (Brosimum rubescens, Manilkara maxima, Pouteria caimito, Pouteria torta, Psidium cattleyanum, Symphonia globulifera e Tabebuia stenocalyx), com o objetivo de testar a viabilidade de modelos de regressão linear para estimar a AF de indivíduos adultos e mudas. No sul da Bahia, Brasil, um primeiro conjunto de dados foi coletado entre março e outubro de 2012. A partir das sete espécies analisadas, apenas duas (P. cattleyanum e T. stenocalyx) apresentaram relações muito semelhantes entre e AF e CL, em ambos os estádios ontogenéticos. Para estas duas espécies, um segundo conjunto de dados foi coletado em agosto de 2014, a fim de validar os modelos únicos que englobam folhas de indivíduos adultos e mudas. Nossos resultados mostram a possibilidade de desenvolvimento de modelos para a predição da área foliar, abrangendo diferentes estádios ontogenéticos para espécies arbóreas tropicais. O desenvolvimento destes modelos foi mais dependente das espécies do que das diferenças entre o tamanho das folhas de mudas e de indivíduos adultos.
Assuntos
Árvores/crescimento & desenvolvimento , Folhas de Planta/crescimento & desenvolvimento , Plântula/crescimento & desenvolvimento , Floresta Úmida , Brasil , Análise de Regressão , Modelos TeóricosRESUMO
This review has the purpose of presenting some important traits to be incorporated in cereals through the integration of physiology, biochemistry and plant breeding. Several plant attributes were modified during the selection process to improve grain yield of different plant species. This paper intends to discuss the validity of aggregating some of the se traits in new cultivars and to pinpoint the possible consequences of using those individual characteristics rather than grain yield per se to bred the old genotypes. Discussion about crop ideotipes grows in importance with the fast evolution of genetic variability techniques because if a model plant to increase grain yield is not defined all the new genetic technology available may have a narrow practical utilization. This ideotipe was formulated integrating severa! characteristics that have been analyzed individually in the past. Its main proposed features are: (a) higher initial growth and greater communal phytomass, which are both important to improve solar radiation use, particularly during early stages of development, (b) an increase in photosynthetic capacity through the enhancement of sink strength with a probable effèct on harvest index. The collective influence of the suggested traits must be evaluated on different genotypes to analyze the response level obtained.
A presente revisão tem por objetivo apresentar algumas características consideradas interessantes de serem incorporadas em plantas de cereais quando cultivadas em comunidade, através da integração de conhecimentos de fisiologia, bioquímica e melhoramento. No melhoramento de diferentes espécies verifica-se que várias características de planta foram modificadas no processo de seleção para rendimento de grãos. Neste enfoque, propõe-se discutir a validade de incorporar estas características em cultivares e perguntar se as cultivares antigas tivessem sido melhoradas através destas características qual resultado teria sido alcançado. A discussão de ideotipo aumenta de importância com a rápida evolução das técnicas de avaliação da variabilidade genética, pois caso não seja definido um modelo de planta para aumentar o rendimento potencial estas técnicas podem ter uma utilização restrita. Na discussão de ideotipo para aumentar o rendimento potencial, é necessário formular um novo modelo baseado em algumas características já amplamente analisadas deforma isolada. As principais, são o maior crescimento inicial e maior fitomassa da comunidade, o que lhe permite aumentar a capacidade de aproveitamento da radiação, principalmente no início do ciclo da cultura. Somado a isto, o aumento da capacidade fotossintética através do aumento da força de demanda, com provável efeito sobre o índice de colheita. A ação conjunta das características individuais necessita ser testada quando incorporadas sobre um mesmo genótipo, para analisar o seu grau de resposta.
RESUMO
This review has the purpose of presenting some important traits to be incorporated in cereals through the integration of physiology, biochemistry and plant breeding. Several plant attributes were modified during the selection process to improve grain yield of different plant species. This paper intends to discuss the validity of aggregating some of the se traits in new cultivars and to pinpoint the possible consequences of using those individual characteristics rather than grain yield per se to bred the old genotypes. Discussion about crop ideotipes grows in importance with the fast evolution of genetic variability techniques because if a model plant to increase grain yield is not defined all the new genetic technology available may have a narrow practical utilization. This ideotipe was formulated integrating severa! characteristics that have been analyzed individually in the past. Its main proposed features are: (a) higher initial growth and greater communal phytomass, which are both important to improve solar radiation use, particularly during early stages of development, (b) an increase in photosynthetic capacity through the enhancement of sink strength with a probable effèct on harvest index. The collective influence of the suggested traits must be evaluated on different genotypes to analyze the response level obtained.
A presente revisão tem por objetivo apresentar algumas características consideradas interessantes de serem incorporadas em plantas de cereais quando cultivadas em comunidade, através da integração de conhecimentos de fisiologia, bioquímica e melhoramento. No melhoramento de diferentes espécies verifica-se que várias características de planta foram modificadas no processo de seleção para rendimento de grãos. Neste enfoque, propõe-se discutir a validade de incorporar estas características em cultivares e perguntar se as cultivares antigas tivessem sido melhoradas através destas características qual resultado teria sido alcançado. A discussão de ideotipo aumenta de importância com a rápida evolução das técnicas de avaliação da variabilidade genética, pois caso não seja definido um modelo de planta para aumentar o rendimento potencial estas técnicas podem ter uma utilização restrita. Na discussão de ideotipo para aumentar o rendimento potencial, é necessário formular um novo modelo baseado em algumas características já amplamente analisadas deforma isolada. As principais, são o maior crescimento inicial e maior fitomassa da comunidade, o que lhe permite aumentar a capacidade de aproveitamento da radiação, principalmente no início do ciclo da cultura. Somado a isto, o aumento da capacidade fotossintética através do aumento da força de demanda, com provável efeito sobre o índice de colheita. A ação conjunta das características individuais necessita ser testada quando incorporadas sobre um mesmo genótipo, para analisar o seu grau de resposta.