1
|
Rodrigues AP, Pais IP, Leitão AE, Dubberstein D, Lidon FC, Marques I, Semedo JN, Rakocevic M, Scotti-Campos P, Campostrini E, Rodrigues WP, Simões-Costa MC, Reboredo FH, Partelli FL, DaMatta FM, Ribeiro-Barros AI, Ramalho JC. Uncovering the wide protective responses in Coffea spp. leaves to single and superimposed exposure of warming and severe water deficit. Front Plant Sci 2024; 14:1320552. [PMID: 38259931 PMCID: PMC10801242 DOI: 10.3389/fpls.2023.1320552] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Figures] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 10/12/2023] [Accepted: 11/30/2023] [Indexed: 01/24/2024]
Abstract
Climate changes boosted the frequency and severity of drought and heat events, with aggravated when these stresses occur simultaneously, turning crucial to unveil the plant response mechanisms to such harsh conditions. Therefore, plant responses/resilience to single and combined exposure to severe water deficit (SWD) and heat were assessed in two cultivars of the main coffee-producing species: Coffea arabica cv. Icatu and C. canephora cv. Conilon Clone 153 (CL153). Well-watered plants (WW) were exposed to SWD under an adequate temperature of 25/20°C (day/night), and thereafter submitted to a gradual increase up to 42/30°C, and a 14-d recovery period (Rec14). Greater protective response was found to single SWD than to single 37/28°C and/or 42/30°C (except for HSP70) in both cultivars, but CL153-SWD plants showed the larger variations of leaf thermal imaging crop water stress index (CWSI, 85% rise at 37/28°C) and stomatal conductance index (IG, 66% decline at 25/20°C). Both cultivars revealed great resilience to SWD and/or 37/28°C, but a tolerance limit was surpassed at 42/30°C. Under stress combination, Icatu usually displayed lower impacts on membrane permeability, and PSII function, likely associated with various responses, usually mostly driven by drought (but often kept or even strengthened under SWD and 42/30°C). These included the photoprotective zeaxanthin and lutein, antioxidant enzymes (superoxide dismutase, Cu,Zn-SOD; ascorbate peroxidase, APX), HSP70, arabinose and mannitol (involving de novo sugar synthesis), contributing to constrain lipoperoxidation. Also, only Icatu showed a strong reinforcement of glutathione reductase activity under stress combination. In general, the activities of antioxidative enzymes declined at 42/30°C (except Cu,Zn-SOD in Icatu and CAT in CL153), but HSP70 and raffinose were maintained higher in Icatu, whereas mannitol and arabinose markedly increased in CL153. Overall, a great leaf plasticity was found, especially in Icatu that revealed greater responsiveness of coordinated protection under all experimental conditions, justifying low PIChr and absence of lipoperoxidation increase at 42/30°C. Despite a clear recovery by Rec14, some aftereffects persisted especially in SWD plants (e.g., membranes), relevant in terms of repeated stress exposure and full plant recovery to stresses.
Collapse
Affiliation(s)
- Ana P. Rodrigues
- Laboratório de Interações Planta-Ambiente e Biodiversidade (PlantStress & Biodiversity), Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa, (ISA/ULisboa), Oeiras, Lisboa, Portugal
- Laboratório Associado TERRA, Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa, (ISA/ULisboa), Lisboa, Portugal
| | - Isabel P. Pais
- Unidade de Investigação em Biotecnologia e Recursos Genéticos, Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Oeiras, Portugal
- Unidade de GeoBiociências, GeoEngenharias e GeoTecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Caparica, Portugal
| | - António E. Leitão
- Laboratório de Interações Planta-Ambiente e Biodiversidade (PlantStress & Biodiversity), Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa, (ISA/ULisboa), Oeiras, Lisboa, Portugal
- Laboratório Associado TERRA, Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa, (ISA/ULisboa), Lisboa, Portugal
- Unidade de GeoBiociências, GeoEngenharias e GeoTecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Caparica, Portugal
| | - Danielly Dubberstein
- Laboratório de Interações Planta-Ambiente e Biodiversidade (PlantStress & Biodiversity), Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa, (ISA/ULisboa), Oeiras, Lisboa, Portugal
- Laboratório Associado TERRA, Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa, (ISA/ULisboa), Lisboa, Portugal
- Centro Univ. Norte do Espírito Santo (CEUNES), Dept. Ciências Agrárias e Biológicas (DCAB), Univ. Federal Espírito Santo (UFES), São Mateus, ES, Brazil
- Assistência Técnica e Gerencial em Cafeicultura - Serviço Nacional de Aprendizagem Rural (SENAR), Porto Velho, RO, Brazil
| | - Fernando C. Lidon
- Unidade de GeoBiociências, GeoEngenharias e GeoTecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Caparica, Portugal
| | - Isabel Marques
- Laboratório de Interações Planta-Ambiente e Biodiversidade (PlantStress & Biodiversity), Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa, (ISA/ULisboa), Oeiras, Lisboa, Portugal
- Laboratório Associado TERRA, Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa, (ISA/ULisboa), Lisboa, Portugal
| | - José N. Semedo
- Unidade de Investigação em Biotecnologia e Recursos Genéticos, Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Oeiras, Portugal
- Unidade de GeoBiociências, GeoEngenharias e GeoTecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Caparica, Portugal
| | - Miroslava Rakocevic
- Centro Univ. Norte do Espírito Santo (CEUNES), Dept. Ciências Agrárias e Biológicas (DCAB), Univ. Federal Espírito Santo (UFES), São Mateus, ES, Brazil
| | - Paula Scotti-Campos
- Unidade de Investigação em Biotecnologia e Recursos Genéticos, Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Oeiras, Portugal
- Unidade de GeoBiociências, GeoEngenharias e GeoTecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Caparica, Portugal
| | - Eliemar Campostrini
- Setor de Fisiologia Vegetal, Laboratório de Melhoramento Genético Vegetal, Centro de Ciências e Tecnologias Agropecuárias, Universidade Estadual do Norte Fluminense, Rio de Janeiro, Brazil
| | - Weverton P. Rodrigues
- Setor de Fisiologia Vegetal, Laboratório de Melhoramento Genético Vegetal, Centro de Ciências e Tecnologias Agropecuárias, Universidade Estadual do Norte Fluminense, Rio de Janeiro, Brazil
- Centro de Ciências Agrárias, Naturais e Letras, Universidade Estadual da Região Tocantina do Maranhão, Maranhão, Brazil
| | - Maria Cristina Simões-Costa
- Laboratório de Interações Planta-Ambiente e Biodiversidade (PlantStress & Biodiversity), Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa, (ISA/ULisboa), Oeiras, Lisboa, Portugal
- Laboratório Associado TERRA, Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa, (ISA/ULisboa), Lisboa, Portugal
| | - Fernando H. Reboredo
- Unidade de GeoBiociências, GeoEngenharias e GeoTecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Caparica, Portugal
| | - Fábio L. Partelli
- Centro Univ. Norte do Espírito Santo (CEUNES), Dept. Ciências Agrárias e Biológicas (DCAB), Univ. Federal Espírito Santo (UFES), São Mateus, ES, Brazil
| | - Fábio M. DaMatta
- Departamento de Biologia Vegetal, Universidade Federal Viçosa (UFV), Viçosa, MG, Brazil
| | - Ana I. Ribeiro-Barros
- Laboratório de Interações Planta-Ambiente e Biodiversidade (PlantStress & Biodiversity), Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa, (ISA/ULisboa), Oeiras, Lisboa, Portugal
- Laboratório Associado TERRA, Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa, (ISA/ULisboa), Lisboa, Portugal
- Unidade de GeoBiociências, GeoEngenharias e GeoTecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Caparica, Portugal
| | - José C. Ramalho
- Laboratório de Interações Planta-Ambiente e Biodiversidade (PlantStress & Biodiversity), Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa, (ISA/ULisboa), Oeiras, Lisboa, Portugal
- Laboratório Associado TERRA, Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa, (ISA/ULisboa), Lisboa, Portugal
- Unidade de GeoBiociências, GeoEngenharias e GeoTecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Caparica, Portugal
| |
Collapse
|
2
|
Marques AC, Lidon FC, Coelho ARF, Pessoa CC, Daccak D, Luís IC, Simões M, Scotti-Campos P, Almeida AS, Guerra M, Leitão RG, Bagulho A, Moreira J, Pessoa MF, Legoinha P, Ramalho JC, Semedo JN, Palha L, Silva C, Silva MM, Oliveira K, Pais IP, Reboredo FH. Elemental Composition and Implications on Brown Rice Flour Biofortified with Selenium. Plants (Basel) 2023; 12:1611. [PMID: 37111835 PMCID: PMC10140823 DOI: 10.3390/plants12081611] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Figures] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 02/09/2023] [Revised: 03/14/2023] [Accepted: 04/04/2023] [Indexed: 06/19/2023]
Abstract
Rice (Oryza sativa L.) is one of the most economically and socially important cereals in the world. Several strategies such as biofortification have been developed in a way eco-friendly and sustainable to enhance crop productivity. This study implemented an agronomic itinerary in Ariete and Ceres rice varieties in experimental fields using the foliar application of selenium (Se) to increase rice nutritional value. At strategic phases of the plant's development (at the end of booting, anthesis, and at the milky grain stage), they were sprayed with sodium selenate (Na2SeO4) and sodium selenite (Na2SeO3). In the first foliar application plants were sprayed with 500 g Se·ha-1 and in the remaining two foliar applications were sprayed with 300 g Se·ha-1. The effects of Se in the level of micro and macronutrients in brown grains, the localization of Se in these grains, and the subsequent quality parameters such as colorimetric characteristics and total protein were considered. After grain harvesting, the application of selenite showed the highest enrichment in all grain with levels reaching 17.06 µg g-1 Se and 14.28 µg g-1 Se in Ariete and Ceres varieties, respectively. In the Ceres and Ariete varieties, biofortification significantly affected the K and P contents. Regarding Ca, a clear trend prevailed suggesting that Se antagonizes the uptake of it, while for the remaining elements in general (except Mn) no significant differences were noted. Protein content increased with selenite treatment in the Ariete variety but not in Ceres. Therefore, it was possible to conclude, without compromising quality, that there was an increase in the nutritional content of Se in brown rice grain.
Collapse
Affiliation(s)
- Ana Coelho Marques
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Fernando C. Lidon
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Ana Rita F. Coelho
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Cláudia Campos Pessoa
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Diana Daccak
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Inês Carmo Luís
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Manuela Simões
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Paula Scotti-Campos
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Quinta do Marquês, Av. República, 2780-157 Oeiras, Portugal
| | - Ana Sofia Almeida
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Estrada de Gil Vaz 6, 7351-901 Elvas, Portugal
| | - Mauro Guerra
- LIBPhys, Physics Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal (R.G.L.)
| | - Roberta G. Leitão
- LIBPhys, Physics Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal (R.G.L.)
| | - Ana Bagulho
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Estrada de Gil Vaz 6, 7351-901 Elvas, Portugal
| | - José Moreira
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Estrada de Gil Vaz 6, 7351-901 Elvas, Portugal
| | - Maria F. Pessoa
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Paulo Legoinha
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - José C. Ramalho
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
- PlantStress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Associate Laboratory TERRA, Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal
- PlantStress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Associate Laboratory TERRA, Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal
| | - José N. Semedo
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Quinta do Marquês, Av. República, 2780-157 Oeiras, Portugal
| | - Lourenço Palha
- Centro de Competências do Arroz (COTARROZ), 2120-014 Salvaterra de Magos, Portugal (C.S.)
| | - Cátia Silva
- Centro de Competências do Arroz (COTARROZ), 2120-014 Salvaterra de Magos, Portugal (C.S.)
| | - Maria Manuela Silva
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Karliana Oliveira
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Isabel P. Pais
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Quinta do Marquês, Av. República, 2780-157 Oeiras, Portugal
| | - Fernando H. Reboredo
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
| |
Collapse
|
3
|
Daccak D, Lidon FC, Coelho ARF, Luís IC, Marques AC, Pessoa CC, Brito MDG, Kullberg JC, Ramalho JC, Silva MJ, Rodrigues AP, Campos PS, Pais IP, Semedo JN, Silva MM, Legoinha P, Galhano C, Simões M, Pessoa MF, Reboredo FH. Assessment of Physicochemical Parameters in Two Winegrapes Varieties after Foliar Application of ZnSO 4 and ZnO. Plants (Basel) 2023; 12:1426. [PMID: 37050051 PMCID: PMC10097101 DOI: 10.3390/plants12071426] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Figures] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 03/07/2023] [Revised: 03/17/2023] [Accepted: 03/21/2023] [Indexed: 06/19/2023]
Abstract
One-third of the world's population is suffering from "hidden hunger" due to micronutrient deficiency. Zinc is acquired through diet, leading its deficiency to the development of disorders such as retarded growth, anorexia, infections, and hypogeusia. Accordingly, this study aimed to develop an agronomic workflow for Zn biofortification on two red winegrapes varieties (cv. Castelão and Syrah) and determine the physicochemical implications for winemaking. Both varieties produced in Setúbal (Portugal) were submitted to four foliar applications of ZnSO4 or ZnO (900 and 1350 g ha-1, respectively), during the production cycle. At harvest, Zn biofortification reached a 4.3- and 2.3-fold increase with ZnO 1350 g ha-1 in Castelão and Syrah, respectively (although, with ZnSO4 1350 g ha-1 both varieties revealed an increase in Zn concentration). On a physiological basis, lower values of NDVI were found in the biofortified grapes, although not reflected in photosynthetic parameters with cv. Syrah shows even a potential benefit with the use of Zn fertilizers. Regarding physical and chemical parameters (density, total soluble solids, dry weight, and color), relative to the control no significant changes in both varieties were observed, being suitable for winemaking. It was concluded that ZnSO4 and ZnO foliar fertilization efficiently increased Zn concentration on both varieties without a negative impact on quality, but cv. Castelão showed a better index of Zn biofortification and pointed to a potentially higher quality for winemaking.
Collapse
Affiliation(s)
- Diana Daccak
- Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (I.C.L.); (A.C.M.); (C.C.P.); (M.d.G.B.); (J.C.K.); (M.M.S.); (P.L.); (C.G.); (M.S.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- Centro de Investigação de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.C.R.); (M.J.S.); (P.S.C.); (I.P.P.); (J.N.S.)
| | - Fernando C. Lidon
- Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (I.C.L.); (A.C.M.); (C.C.P.); (M.d.G.B.); (J.C.K.); (M.M.S.); (P.L.); (C.G.); (M.S.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- Centro de Investigação de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.C.R.); (M.J.S.); (P.S.C.); (I.P.P.); (J.N.S.)
| | - Ana Rita F. Coelho
- Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (I.C.L.); (A.C.M.); (C.C.P.); (M.d.G.B.); (J.C.K.); (M.M.S.); (P.L.); (C.G.); (M.S.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- Centro de Investigação de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.C.R.); (M.J.S.); (P.S.C.); (I.P.P.); (J.N.S.)
| | - Inês Carmo Luís
- Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (I.C.L.); (A.C.M.); (C.C.P.); (M.d.G.B.); (J.C.K.); (M.M.S.); (P.L.); (C.G.); (M.S.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- Centro de Investigação de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.C.R.); (M.J.S.); (P.S.C.); (I.P.P.); (J.N.S.)
| | - Ana Coelho Marques
- Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (I.C.L.); (A.C.M.); (C.C.P.); (M.d.G.B.); (J.C.K.); (M.M.S.); (P.L.); (C.G.); (M.S.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- Centro de Investigação de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.C.R.); (M.J.S.); (P.S.C.); (I.P.P.); (J.N.S.)
| | - Cláudia Campos Pessoa
- Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (I.C.L.); (A.C.M.); (C.C.P.); (M.d.G.B.); (J.C.K.); (M.M.S.); (P.L.); (C.G.); (M.S.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- Centro de Investigação de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.C.R.); (M.J.S.); (P.S.C.); (I.P.P.); (J.N.S.)
| | - Maria da Graça Brito
- Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (I.C.L.); (A.C.M.); (C.C.P.); (M.d.G.B.); (J.C.K.); (M.M.S.); (P.L.); (C.G.); (M.S.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- Centro de Investigação de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.C.R.); (M.J.S.); (P.S.C.); (I.P.P.); (J.N.S.)
| | - José Carlos Kullberg
- Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (I.C.L.); (A.C.M.); (C.C.P.); (M.d.G.B.); (J.C.K.); (M.M.S.); (P.L.); (C.G.); (M.S.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- Centro de Investigação de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.C.R.); (M.J.S.); (P.S.C.); (I.P.P.); (J.N.S.)
| | - José C. Ramalho
- Centro de Investigação de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.C.R.); (M.J.S.); (P.S.C.); (I.P.P.); (J.N.S.)
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Laboratório Associado TERRA, Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Avenida da República, 2784-505 Oeiras, Portugal;
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Laboratório Associado TERRA, Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal
| | - Maria José Silva
- Centro de Investigação de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.C.R.); (M.J.S.); (P.S.C.); (I.P.P.); (J.N.S.)
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Laboratório Associado TERRA, Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Avenida da República, 2784-505 Oeiras, Portugal;
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Laboratório Associado TERRA, Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal
| | - Ana Paula Rodrigues
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Laboratório Associado TERRA, Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Avenida da República, 2784-505 Oeiras, Portugal;
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Laboratório Associado TERRA, Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal
| | - Paula Scotti Campos
- Centro de Investigação de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.C.R.); (M.J.S.); (P.S.C.); (I.P.P.); (J.N.S.)
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Quinta do Marquês, Avenida da República, 2780-157 Oeiras, Portugal
| | - Isabel P. Pais
- Centro de Investigação de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.C.R.); (M.J.S.); (P.S.C.); (I.P.P.); (J.N.S.)
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Quinta do Marquês, Avenida da República, 2780-157 Oeiras, Portugal
| | - José N. Semedo
- Centro de Investigação de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.C.R.); (M.J.S.); (P.S.C.); (I.P.P.); (J.N.S.)
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Quinta do Marquês, Avenida da República, 2780-157 Oeiras, Portugal
| | - Maria Manuela Silva
- Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (I.C.L.); (A.C.M.); (C.C.P.); (M.d.G.B.); (J.C.K.); (M.M.S.); (P.L.); (C.G.); (M.S.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- Centro de Investigação de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.C.R.); (M.J.S.); (P.S.C.); (I.P.P.); (J.N.S.)
| | - Paulo Legoinha
- Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (I.C.L.); (A.C.M.); (C.C.P.); (M.d.G.B.); (J.C.K.); (M.M.S.); (P.L.); (C.G.); (M.S.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- Centro de Investigação de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.C.R.); (M.J.S.); (P.S.C.); (I.P.P.); (J.N.S.)
| | - Carlos Galhano
- Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (I.C.L.); (A.C.M.); (C.C.P.); (M.d.G.B.); (J.C.K.); (M.M.S.); (P.L.); (C.G.); (M.S.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- Centro de Investigação de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.C.R.); (M.J.S.); (P.S.C.); (I.P.P.); (J.N.S.)
| | - Manuela Simões
- Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (I.C.L.); (A.C.M.); (C.C.P.); (M.d.G.B.); (J.C.K.); (M.M.S.); (P.L.); (C.G.); (M.S.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- Centro de Investigação de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.C.R.); (M.J.S.); (P.S.C.); (I.P.P.); (J.N.S.)
| | - Maria Fernanda Pessoa
- Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (I.C.L.); (A.C.M.); (C.C.P.); (M.d.G.B.); (J.C.K.); (M.M.S.); (P.L.); (C.G.); (M.S.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- Centro de Investigação de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.C.R.); (M.J.S.); (P.S.C.); (I.P.P.); (J.N.S.)
| | - Fernando H. Reboredo
- Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (I.C.L.); (A.C.M.); (C.C.P.); (M.d.G.B.); (J.C.K.); (M.M.S.); (P.L.); (C.G.); (M.S.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- Centro de Investigação de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.C.R.); (M.J.S.); (P.S.C.); (I.P.P.); (J.N.S.)
| |
Collapse
|
4
|
Marques I, Fernandes I, Paulo OS, Batista D, Lidon FC, Partelli F, DaMatta FM, Ribeiro-Barros AI, Ramalho JC. Overexpression of Water-Responsive Genes Promoted by Elevated CO 2 Reduces ROS and Enhances Drought Tolerance in Coffea Species. Int J Mol Sci 2023; 24:ijms24043210. [PMID: 36834624 PMCID: PMC9966387 DOI: 10.3390/ijms24043210] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 11/24/2022] [Revised: 01/23/2023] [Accepted: 01/29/2023] [Indexed: 02/10/2023] Open
Abstract
Drought is a major constraint to plant growth and productivity worldwide and will aggravate as water availability becomes scarcer. Although elevated air [CO2] might mitigate some of these effects in plants, the mechanisms underlying the involved responses are poorly understood in woody economically important crops such as Coffea. This study analyzed transcriptome changes in Coffea canephora cv. CL153 and C. arabica cv. Icatu exposed to moderate (MWD) or severe water deficits (SWD) and grown under ambient (aCO2) or elevated (eCO2) air [CO2]. We found that changes in expression levels and regulatory pathways were barely affected by MWD, while the SWD condition led to a down-regulation of most differentially expressed genes (DEGs). eCO2 attenuated the impacts of drought in the transcripts of both genotypes but mostly in Icatu, in agreement with physiological and metabolic studies. A predominance of protective and reactive oxygen species (ROS)-scavenging-related genes, directly or indirectly associated with ABA signaling pathways, was found in Coffea responses, including genes involved in water deprivation and desiccation, such as protein phosphatases in Icatu, and aspartic proteases and dehydrins in CL153, whose expression was validated by qRT-PCR. The existence of a complex post-transcriptional regulatory mechanism appears to occur in Coffea explaining some apparent discrepancies between transcriptomic, proteomic, and physiological data in these genotypes.
Collapse
Affiliation(s)
- Isabel Marques
- Plant-Environment Interactions and Biodiversity Lab (PlantStress & Biodiversity), Forest Research Centre (CEF), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa, 1349-017 Lisboa, Portugal
- Associate Laboratory TERRA, Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa, 1349-017 Lisboa, Portugal
| | - Isabel Fernandes
- cE3c—Center for Ecology, Evolution and Environmental Changes and CHANGE—Global Change and Sustainability Institute, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa, 1749-016 Lisboa, Portugal
| | - Octávio S. Paulo
- cE3c—Center for Ecology, Evolution and Environmental Changes and CHANGE—Global Change and Sustainability Institute, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa, 1749-016 Lisboa, Portugal
| | - Dora Batista
- Associate Laboratory TERRA, Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa, 1349-017 Lisboa, Portugal
- Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food (LEAF), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa, 1349-017 Lisboa, Portugal
| | - Fernando C. Lidon
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Fábio Partelli
- Centro Universitário do Norte do Espírito Santo (CEUNES), Departmento Ciências Agrárias e Biológicas (DCAB), Universidade Federal Espírito Santo (UFES), São Mateus 29932-540, ES, Brazil
| | - Fábio M. DaMatta
- Departamento de Biologia Vegetal, Universidade Federal Viçosa (UFV), Viçosa 36570-900, MG, Brazil
| | - Ana I. Ribeiro-Barros
- Plant-Environment Interactions and Biodiversity Lab (PlantStress & Biodiversity), Forest Research Centre (CEF), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa, 1349-017 Lisboa, Portugal
- Associate Laboratory TERRA, Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa, 1349-017 Lisboa, Portugal
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), 2829-516 Caparica, Portugal
- Correspondence: (A.I.R.-B.); or (J.C.R.)
| | - José C. Ramalho
- Plant-Environment Interactions and Biodiversity Lab (PlantStress & Biodiversity), Forest Research Centre (CEF), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa, 1349-017 Lisboa, Portugal
- Associate Laboratory TERRA, Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa, 1349-017 Lisboa, Portugal
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), 2829-516 Caparica, Portugal
- Correspondence: (A.I.R.-B.); or (J.C.R.)
| |
Collapse
|
5
|
Pais IP, Moreira R, Semedo JN, Ramalho JC, Lidon FC, Coutinho J, Maçãs B, Scotti-Campos P. Wheat Crop under Waterlogging: Potential Soil and Plant Effects. Plants (Basel) 2022; 12:149. [PMID: 36616278 PMCID: PMC9823972 DOI: 10.3390/plants12010149] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Figures] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 11/25/2022] [Revised: 12/22/2022] [Accepted: 12/23/2022] [Indexed: 06/17/2023]
Abstract
Inundation, excessive precipitation, or inadequate field drainage can cause waterlogging of cultivated land. It is anticipated that climate change will increase the frequency, intensity, and unpredictability of flooding events. This stress affects 10-15 million hectares of wheat every year, resulting in 20-50% yield losses. Since this crop greatly sustains a population's food demands, providing ca. 20% of the world's energy and protein diets requirements, it is crucial to understand changes in soil and plant physiology under excess water conditions. Variations in redox potential, pH, nutrient availability, and electrical conductivity of waterlogged soil will be addressed, as well as their impacts in major plant responses, such as root system and plant development. Waterlogging effects at the leaf level will also be addressed, with a particular focus on gas exchanges, photosynthetic pigments, soluble sugars, membrane integrity, lipids, and oxidative stress.
Collapse
Affiliation(s)
- Isabel P. Pais
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Rita Moreira
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal
| | - José N. Semedo
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - José C. Ramalho
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- PlantStress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal
| | - Fernando C. Lidon
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - José Coutinho
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., Estrada Gil Vaz, Ap. 6, 7350-901 Elvas, Portugal
| | - Benvindo Maçãs
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., Estrada Gil Vaz, Ap. 6, 7350-901 Elvas, Portugal
| | - Paula Scotti-Campos
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
| |
Collapse
|
6
|
P. Pais I, Moreira R, Semedo JN, Reboredo FH, Lidon FC, Coutinho J, Maçãs B, Scotti-Campos P. Phenotypic Diversity of Seminal Root Traits in Bread Wheat Germplasm from Different Origins. Plants (Basel) 2022; 11:2842. [PMID: 36365295 PMCID: PMC9657832 DOI: 10.3390/plants11212842] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Figures] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 09/28/2022] [Revised: 10/17/2022] [Accepted: 10/23/2022] [Indexed: 06/16/2023]
Abstract
Bread wheat (Triticum aestivum L.) is a major staple crop, and more adapted varieties are needed to ensure productivity under unpredictable stress scenarios resulting from climate changes. In the development of new genotypes, root system traits are essential since roots have a key function in water and nutrient uptake, and root architecture determines the plant's ability to spatially explore the soil resources. Genetic variation in wheat root system may be assessed at the early stages of development. This study evaluates in vitro and at the seedling stage, the genetic diversity of root growth angle (RGA), seminal root number (SRN), and radicle length (RadL) in 30 bread wheat genotypes from different origins and belonging to distinct evolutive or breeding groups. SRN and RadL were analyzed at 1, 2, 3 and 6 days after sowing (DAS) and RGA was measured through the angle between the first pair of seminal roots. A large variability was found in RGA values that ranged from 63° to 122°. Although differences were found between genotypes within the same groups, the narrower angles tended to occur among landraces, while the higher RGA values were observed in advanced lines and Australian varieties. Differences were also observed as regards the SRN (1.0-3.0, 2.7-4.7, 3.2-5.0 and 4.4-6.3 at 1, 2, 3 and 6 DAS, respectively) and RadL (0.1-1.5, 2.1-5.0, 4.0-7.5 and 5.1-13.7 cm at 1, 2, 3 and 6 DAS, respectively). Genetic variability in root traits at seedling stage allows more rapid selection of genotypes better adapted to environmental and soil constraints, necessary to Portuguese Wheat Breeding Program. It will also contribute to the definition of wheat ideotypes with improved performance under Mediterranean climate conditions.
Collapse
Affiliation(s)
- Isabel P. Pais
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Rita Moreira
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal
| | - José N. Semedo
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Fernando H. Reboredo
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Fernando C. Lidon
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - José Coutinho
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., Estrada Gil Vaz, Ap. 6, 7350-901 Elvas, Portugal
| | - Benvindo Maçãs
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., Estrada Gil Vaz, Ap. 6, 7350-901 Elvas, Portugal
| | - Paula Scotti-Campos
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
| |
Collapse
|
7
|
Vinci G, Marques I, Rodrigues AP, Martins S, Leitão AE, Semedo MC, Silva MJ, Lidon FC, DaMatta FM, Ribeiro-Barros AI, Ramalho JC. Protective Responses at the Biochemical and Molecular Level Differ between a Coffea arabica L. Hybrid and Its Parental Genotypes to Supra-Optimal Temperatures and Elevated Air [CO 2]. Plants (Basel) 2022; 11:2702. [PMID: 36297726 PMCID: PMC9610391 DOI: 10.3390/plants11202702] [Citation(s) in RCA: 2] [Impact Index Per Article: 1.0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Figures] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 09/01/2022] [Revised: 10/06/2022] [Accepted: 10/10/2022] [Indexed: 06/16/2023]
Abstract
Climate changes with global warming associated with rising atmospheric [CO2] can strongly impact crop performance, including coffee, which is one of the most world's traded agricultural commodities. Therefore, it is of utmost importance to understand the mechanisms of heat tolerance and the potential role of elevated air CO2 (eCO2) in the coffee plant response, particularly regarding the antioxidant and other protective mechanisms, which are crucial for coffee plant acclimation. For that, plants of Coffea arabica cv. Geisha 3, cv. Marsellesa and their hybrid (Geisha 3 × Marsellesa) were grown for 2 years at 25/20 °C (day/night), under 400 (ambient CO2, aCO2) or 700 µL (elevated CO2, eCO2) CO2 L-1, and then gradually submitted to a temperature increase up to 42/30 °C, followed by recovery periods of 4 (Rec4) and 14 days (Rec14). Heat (37/28 °C and/or 42/30 °C) was the major driver of the response of the studied protective molecules and associated genes in all genotypes. That was the case for carotenoids (mostly neoxanthin and lutein), but the maximal (α + β) carotenes pool was found at 37/28 °C only in Marsellesa. All genes (except VDE) encoding for antioxidative enzymes (catalase, CAT; superoxide dismutases, CuSODs; ascorbate peroxidases, APX) or other protective proteins (HSP70, ELIP, Chape20, Chape60) were strongly up-regulated at 37/28 °C, and, especially, at 42/30 °C, in all genotypes, but with maximal transcription in Hybrid plants. Accordingly, heat greatly stimulated the activity of APX and CAT (all genotypes) and glutathione reductase (Geisha3, Hybrid) but not of SOD. Notably, CAT activity increased even at 42/30 °C, concomitantly with a strongly declined APX activity. Therefore, increased thermotolerance might arise through the reinforcement of some ROS-scavenging enzymes and other protective molecules (HSP70, ELIP, Chape20, Chape60). Plants showed low responsiveness to single eCO2 under unstressed conditions, while heat promoted changes in aCO2 plants. Only eCO2 Marsellesa plants showed greater contents of lutein, the pool of the xanthophyll cycle components (V + A + Z), and β-carotene, compared to aCO2 plants at 42/30 °C. This, together with a lower CAT activity, suggests a lower presence of H2O2, likely also associated with the higher photochemical use of energy under eCO2. An incomplete heat stress recovery seemed evident, especially in aCO2 plants, as judged by the maintenance of the greater expression of all genes in all genotypes and increased levels of zeaxanthin (Marsellesa and Hybrid) relative to their initial controls. Altogether, heat was the main response driver of the addressed protective molecules and genes, whereas eCO2 usually attenuated the heat response and promoted a better recovery. Hybrid plants showed stronger gene expression responses, especially at the highest temperature, when compared to their parental genotypes, but altogether, Marsellesa showed a greater acclimation potential. The reinforcement of antioxidative and other protective molecules are, therefore, useful biomarkers to be included in breeding and selection programs to obtain coffee genotypes to thrive under global warming conditions, thus contributing to improved crop sustainability.
Collapse
Affiliation(s)
- Gabriella Vinci
- Department of Biological, Geological and Environmental Sciences (BiGeA), Alma Mater Studiorum, The University of Bologna, Via Irnerio 42, 40126 Bologna, Italy
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, Oeiras, 2784-505 Lisboa, Portugal
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal
| | - Isabel Marques
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, Oeiras, 2784-505 Lisboa, Portugal
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal
| | - Ana P. Rodrigues
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, Oeiras, 2784-505 Lisboa, Portugal
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal
| | - Sónia Martins
- Departamento de Engenharia Química, Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, Instituto Politécnico de Lisboa, R. Conselheiro Emídio Navarro 1, 1959-007 Lisboa, Portugal
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Monte de Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - António E. Leitão
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, Oeiras, 2784-505 Lisboa, Portugal
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Monte de Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Magda C. Semedo
- Departamento de Engenharia Química, Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, Instituto Politécnico de Lisboa, R. Conselheiro Emídio Navarro 1, 1959-007 Lisboa, Portugal
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Monte de Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Maria J. Silva
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, Oeiras, 2784-505 Lisboa, Portugal
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Monte de Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Fernando C. Lidon
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Monte de Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Fábio M. DaMatta
- Departamento de Biologia Vegetal, Universidade Federal Viçosa (UFV), Viçosa 36570-900, MG, Brazil
| | - Ana I. Ribeiro-Barros
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, Oeiras, 2784-505 Lisboa, Portugal
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Monte de Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - José C. Ramalho
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, Oeiras, 2784-505 Lisboa, Portugal
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Monte de Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
| |
Collapse
|
8
|
Daccak D, Lidon FC, Luís IC, Marques AC, Coelho ARF, Pessoa CC, Caleiro J, Ramalho JC, Leitão AE, Silva MJ, Rodrigues AP, Guerra M, Leitão RG, Campos PS, Pais IP, Semedo JN, Alvarenga N, Gonçalves EM, Silva MM, Legoinha P, Galhano C, Kullberg JC, Brito M, Simões M, Pessoa MF, Reboredo FH. Zinc Biofortification in Vitis vinifera: Implications for Quality and Wine Production. Plants (Basel) 2022; 11:2442. [PMID: 36145843 PMCID: PMC9501456 DOI: 10.3390/plants11182442] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Figures] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 07/28/2022] [Revised: 09/02/2022] [Accepted: 09/15/2022] [Indexed: 06/16/2023]
Abstract
Nowadays, there is a growing concern about micronutrient deficits in food products, with agronomic biofortification being considered a mitigation strategy. In this context, as Zn is essential for growth and maintenance of human health, a workflow for the biofortification of grapes from the Vitis vinifera variety Fernão Pires, which contains this nutrient, was carried out considering the soil properties of the vineyard. Additionally, Zn accumulation in the tissues of the grapes and the implications for some quality parameters and on winemaking were assessed. Vines were sprayed three times with ZnO and ZnSO4 at concentrations of 150, 450, and 900 g ha-1 during the production cycle. Physiological data were obtained through chlorophyll a fluorescence data, to access the potential symptoms of toxicity. At harvest, treated grapes revealed significant increases of Zn concentration relative to the control, being more pronounced for ZnO and ZnSO4 in the skin and seeds, respectively. After winemaking, an increase was also found regarding the control (i.e., 1.59-fold with ZnSO4-450 g ha-1). The contents of the sugars and fatty acids, as well as the colorimetric analyses, were also assessed, but significant variations were not found among treatments. In general, Zn biofortification increased with ZnO and ZnSO4, without significantly affecting the physicochemical characteristics of grapes.
Collapse
Affiliation(s)
- Diana Daccak
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- GeoBiotec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Fernando C. Lidon
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- GeoBiotec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Inês Carmo Luís
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- GeoBiotec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Ana Coelho Marques
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- GeoBiotec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Ana Rita F. Coelho
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- GeoBiotec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Cláudia Campos Pessoa
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- GeoBiotec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - João Caleiro
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - José C. Ramalho
- GeoBiotec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- PlantStress & Biodiversity Laboratory, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505, Oeiras and Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal
| | - António E. Leitão
- GeoBiotec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- PlantStress & Biodiversity Laboratory, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505, Oeiras and Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal
| | - Maria José Silva
- GeoBiotec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- PlantStress & Biodiversity Laboratory, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505, Oeiras and Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal
| | - Ana Paula Rodrigues
- PlantStress & Biodiversity Laboratory, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505, Oeiras and Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal
| | - Mauro Guerra
- LIBPhys, Physics Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Roberta G. Leitão
- LIBPhys, Physics Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Paula Scotti Campos
- GeoBiotec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Avenida da República, Quinta do Marquês, 2780-157 Oeiras, Portugal
| | - Isabel P. Pais
- GeoBiotec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Avenida da República, Quinta do Marquês, 2780-157 Oeiras, Portugal
| | - José N. Semedo
- GeoBiotec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Avenida da República, Quinta do Marquês, 2780-157 Oeiras, Portugal
| | - Nuno Alvarenga
- GeoBiotec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Avenida da República, Quinta do Marquês, 2780-157 Oeiras, Portugal
| | - Elsa M. Gonçalves
- GeoBiotec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Avenida da República, Quinta do Marquês, 2780-157 Oeiras, Portugal
| | - Maria Manuela Silva
- GeoBiotec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- Escola Superior de Educação Almeida Garrett (ESEAG-COFAC), Avenida do Campo Grande 376, 1749-024 Lisboa, Portugal
| | - Paulo Legoinha
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- GeoBiotec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Carlos Galhano
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- GeoBiotec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - José Carlos Kullberg
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- GeoBiotec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Maria Brito
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- GeoBiotec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Manuela Simões
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- GeoBiotec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Maria Fernanda Pessoa
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- GeoBiotec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Fernando H. Reboredo
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
- GeoBiotec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal
| |
Collapse
|
9
|
Marques I, Rodrigues AP, Gouveia D, Lidon FC, Martins S, Semedo MC, Gaillard JC, Pais IP, Semedo JN, Scotti-Campos P, Reboredo FH, Partelli FL, DaMatta FM, Armengaud J, Ribeiro-Barros AI, Ramalho JC. High-resolution shotgun proteomics reveals that increased air [CO 2] amplifies the acclimation response of coffea species to drought regarding antioxidative, energy, sugar, and lipid dynamics. J Plant Physiol 2022; 276:153788. [PMID: 35944291 DOI: 10.1016/j.jplph.2022.153788] [Citation(s) in RCA: 5] [Impact Index Per Article: 2.5] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 04/21/2022] [Revised: 07/25/2022] [Accepted: 07/26/2022] [Indexed: 06/15/2023]
Abstract
As drought threatens crop productivity it is crucial to characterize the defense mechanisms against water deficit and unveil their interaction with the expected rise in the air [CO2]. For that, plants of Coffea canephora cv. Conilon Clone 153 (CL153) and C. arabica cv. Icatu grown under 380 (aCO2) or 700 μL L-1 (eCO2) were exposed to moderate (MWD) and severe (SWD) water deficits. Responses were characterized through the activity and/or abundance of a selected set of proteins associated with antioxidative (e.g., Violaxanthin de-epoxidase, Superoxide dismutase, Ascorbate peroxidases, Monodehydroascorbate reductase), energy/sugar (e.g., Ferredoxin-NADP reductase, NADP-dependent glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, sucrose synthase, mannose-6-phosphate isomerase, Enolase), and lipid (Lineolate 13S-lipoxygenase) processes, as well as with other antioxidative (ascorbate) and protective (HSP70) molecules. MWD caused small changes in both genotypes regardless of [CO2] level while under the single imposition to SWD, only Icatu showed a global reinforcement of most studied proteins supporting its tolerance to drought. eCO2 alone did not promote remarkable changes but strengthened a robust multi-response under SWD, even supporting the reversion of impacts already observed by CL153 at aCO2. In the context of climate changes where water constraints and [CO2] levels are expected to increase, these results highlight why eCO2 might have an important role in improving drought tolerance in Coffea species.
Collapse
Affiliation(s)
- Isabel Marques
- PlantStress & Biodiversity Lab., Centro de Estudos Florestais (CEF), Dept. Recursos Naturais, Ambiente e Território (DRAT), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. da República, 2784-505 Oeiras, and Tapada da Ajuda, 1349-017, Lisboa, Portugal.
| | - Ana P Rodrigues
- PlantStress & Biodiversity Lab., Centro de Estudos Florestais (CEF), Dept. Recursos Naturais, Ambiente e Território (DRAT), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. da República, 2784-505 Oeiras, and Tapada da Ajuda, 1349-017, Lisboa, Portugal.
| | - Duarte Gouveia
- Université Paris-Saclay, CEA, INRAE, Département Médicaments et Technologies pour la Santé (DMTS), SPI, F-F-30200, Bagnols-sur-Cèze, France.
| | - Fernando C Lidon
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Monte de Caparica, 2829-516, Caparica, Portugal.
| | - Sónia Martins
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Monte de Caparica, 2829-516, Caparica, Portugal; Departamento de Engenharia Química, Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, Instituto Politécnico de Lisboa, R. Conselheiro Emídio Navarro 1, 1959-007, Lisboa, Portugal.
| | - Magda C Semedo
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Monte de Caparica, 2829-516, Caparica, Portugal; Departamento de Engenharia Química, Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, Instituto Politécnico de Lisboa, R. Conselheiro Emídio Navarro 1, 1959-007, Lisboa, Portugal.
| | - Jean-Charles Gaillard
- Université Paris-Saclay, CEA, INRAE, Département Médicaments et Technologies pour la Santé (DMTS), SPI, F-F-30200, Bagnols-sur-Cèze, France.
| | - Isabel P Pais
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Monte de Caparica, 2829-516, Caparica, Portugal; Unid. Investigação em Biotecnologia e Recursos Genéticos, Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505, Oeiras, Portugal.
| | - José N Semedo
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Monte de Caparica, 2829-516, Caparica, Portugal; Unid. Investigação em Biotecnologia e Recursos Genéticos, Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505, Oeiras, Portugal.
| | - Paula Scotti-Campos
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Monte de Caparica, 2829-516, Caparica, Portugal; Unid. Investigação em Biotecnologia e Recursos Genéticos, Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505, Oeiras, Portugal.
| | - Fernando H Reboredo
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Monte de Caparica, 2829-516, Caparica, Portugal.
| | - Fábio L Partelli
- Centro Univ. Norte do Espírito Santo (CEUNES), Dept. Ciências Agrárias e Biológicas (DCAB), Univ. Federal Espírito Santo (UFES), Rod. BR 101 Norte, Km. 60, Bairro Litorâneo, CEP: 29932-540, São Mateus, ES, Brazil.
| | - Fábio M DaMatta
- Dept. Biologia Vegetal, Univ. Federal Viçosa (UFV), 36570-000, Viçosa, MG, Brazil.
| | - Jean Armengaud
- Université Paris-Saclay, CEA, INRAE, Département Médicaments et Technologies pour la Santé (DMTS), SPI, F-F-30200, Bagnols-sur-Cèze, France.
| | - Ana I Ribeiro-Barros
- PlantStress & Biodiversity Lab., Centro de Estudos Florestais (CEF), Dept. Recursos Naturais, Ambiente e Território (DRAT), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. da República, 2784-505 Oeiras, and Tapada da Ajuda, 1349-017, Lisboa, Portugal; Departamento de Engenharia Química, Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, Instituto Politécnico de Lisboa, R. Conselheiro Emídio Navarro 1, 1959-007, Lisboa, Portugal.
| | - José C Ramalho
- PlantStress & Biodiversity Lab., Centro de Estudos Florestais (CEF), Dept. Recursos Naturais, Ambiente e Território (DRAT), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. da República, 2784-505 Oeiras, and Tapada da Ajuda, 1349-017, Lisboa, Portugal; Departamento de Engenharia Química, Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, Instituto Politécnico de Lisboa, R. Conselheiro Emídio Navarro 1, 1959-007, Lisboa, Portugal.
| |
Collapse
|
10
|
Fernandes J, Reboredo FH, Luis I, Silva MM, Simões MM, Lidon FC, Ramalho JC. Elemental Composition of Commercial Herbal Tea Plants and Respective Infusions. Plants 2022; 11:plants11111412. [PMID: 35684185 PMCID: PMC9182685 DOI: 10.3390/plants11111412] [Citation(s) in RCA: 1] [Impact Index Per Article: 0.5] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 05/02/2022] [Revised: 05/19/2022] [Accepted: 05/23/2022] [Indexed: 12/11/2022]
Abstract
This study evaluated the elemental composition of 25 herbal tea plants commonly used in infusions by Portuguese consumers and the contribution to the elemental daily intake of some essential elements. Hydrocotyle asiatica (L.), Matricaria chamomilla (L.), and Melissa officinalis (L.) samples are a rich source of K with around 6.0 mg g−1 while the Asteraceae Silybum marianum (L.) and Echinacea angustifolia (DC.) exhibited 4.9 and 5.6 mg g−1 Ca, respectively. The highest concentrations of S and Zn were noted in Hydrocotyle asiatica (L.), while the highest concentration of Sr was found in Cassia angustifolia (Vahl.). In general, a large variability in the concentrations among different families and plant organs had been observed, except Cu with levels around 30 μg g−1. The principal component analysis (PCA) showed positive correlations between Zn and S and Sr and Ca, also revealing that Hydrocotyle asiatica (L.), Echinacea angustifolia (DC.), Silybum marianum (L.), and Cassia angustifolia (Vahl.) samples, stands out about all other samples regarding the enrichment of macro and micronutrients. The elemental solubility of macronutrients in the infusion is greater than the micronutrient solubility, despite the contribution to the recommended daily intake was weak. As a whole, Cynara scolymus (L.) and Hibiscus sabdariffa (L.) are the species with the best elemental solubilities, followed by Hydrocotyle asiatica (L.). No harmful elements, such as As and Pb, were observed in both the raw material and the infusions.
Collapse
Affiliation(s)
- Jaime Fernandes
- Departamento Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade NOVA de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.F.); (I.L.); (M.M.S.); (F.C.L.)
| | - Fernando H. Reboredo
- Departamento Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade NOVA de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.F.); (I.L.); (M.M.S.); (F.C.L.)
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade NOVA de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.M.S.); (J.C.R.)
- Correspondence:
| | - Inês Luis
- Departamento Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade NOVA de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.F.); (I.L.); (M.M.S.); (F.C.L.)
| | - Maria Manuela Silva
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade NOVA de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.M.S.); (J.C.R.)
- ESEAG-COFAC, Avenida do Campo Grande 376, 1749-024 Lisboa, Portugal
| | - Maria M. Simões
- Departamento Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade NOVA de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.F.); (I.L.); (M.M.S.); (F.C.L.)
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade NOVA de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.M.S.); (J.C.R.)
| | - Fernando C. Lidon
- Departamento Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade NOVA de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.F.); (I.L.); (M.M.S.); (F.C.L.)
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade NOVA de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.M.S.); (J.C.R.)
| | - José C. Ramalho
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade NOVA de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.M.S.); (J.C.R.)
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal
| |
Collapse
|
11
|
Scotti-Campos P, Oliveira K, Pais IP, Bagulho AS, Semedo JN, Serra O, Simões F, Lidon FC, Coutinho J, Maçãs B. Grain Composition and Quality in Portuguese Triticum aestivum Germplasm Subjected to Heat Stress after Anthesis. Plants 2022; 11:plants11030365. [PMID: 35161344 PMCID: PMC8839059 DOI: 10.3390/plants11030365] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/30/2021] [Revised: 01/20/2022] [Accepted: 01/20/2022] [Indexed: 11/16/2022]
Abstract
Bread wheat (Triticum aestivum) is a major crop worldwide, and it is highly susceptible to heat. In this work, grain production and composition were evaluated in Portuguese T. aestivum germplasm (landraces and commercial varieties), which was subjected to heat after anthesis (grain filling stage). Heat increased the test weight (TW) in Nabão, Grécia and Restauração, indicating an improved flour-yield potential. Mocho de Espiga Branca (MEB) and Transmontano (T94) showed higher thousand-kernel weight (TKW). Gentil Rosso presented increased soluble sugars, which are yeast substrates in the bread-making process. Ardila stood out for its protein increase under heat. Overall SDS was unaffected by higher temperature, but increased in T94, indicating a better dough elasticity for bread-making purposes. Under heat, lipid content was maintained in most genotypes, being endogenous fatty acids (FAs) key players in fresh bread quality. Lipid unsaturation, evaluated through the double bond index (DBI), also remained unaffected in most genotypes, suggesting a lower flour susceptibility to lipoperoxidation. In Grécia, heat promoted a higher abundance of monounsaturated oleic (C18:1) and polyunsaturated linoleic (C18:2) acids, which are essential fatty acids in the human diet. This work highlighted a great variability in most parameters both under control conditions or in response to heat during grain filling. Cluster analysis of traits revealed a lower susceptibility to heat during grain filling in Ardila, Restauração, and Ruivo, in contrast to MEQ, which seems to be more differentially affected at this stage. Characterization and identification of more favorable features under adverse environments may be relevant for agronomic, industrial, or breeding purposes, in view of a better crop adaptation to changing climate and an improved crop sustainability in agricultural systems more prone to heat stress.
Collapse
Affiliation(s)
- Paula Scotti-Campos
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal; (I.P.P.); (J.N.S.); (F.S.)
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (K.O.); (A.S.B.); (F.C.L.); (J.C.); (B.M.)
- Correspondence:
| | - Karliana Oliveira
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (K.O.); (A.S.B.); (F.C.L.); (J.C.); (B.M.)
| | - Isabel P. Pais
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal; (I.P.P.); (J.N.S.); (F.S.)
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (K.O.); (A.S.B.); (F.C.L.); (J.C.); (B.M.)
| | - Ana Sofia Bagulho
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (K.O.); (A.S.B.); (F.C.L.); (J.C.); (B.M.)
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., Estrada Gil Vaz, Ap. 6, 7350-901 Elvas, Portugal
| | - José N. Semedo
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal; (I.P.P.); (J.N.S.); (F.S.)
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (K.O.); (A.S.B.); (F.C.L.); (J.C.); (B.M.)
| | - Octávio Serra
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., Banco Português de Germoplasma Vegetal, Quinta de S. José, S. Pedro de Merelim, 4700-859 Braga, Portugal;
| | - Fernanda Simões
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal; (I.P.P.); (J.N.S.); (F.S.)
| | - Fernando C. Lidon
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (K.O.); (A.S.B.); (F.C.L.); (J.C.); (B.M.)
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - José Coutinho
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (K.O.); (A.S.B.); (F.C.L.); (J.C.); (B.M.)
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., Estrada Gil Vaz, Ap. 6, 7350-901 Elvas, Portugal
| | - Benvindo Maçãs
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (K.O.); (A.S.B.); (F.C.L.); (J.C.); (B.M.)
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., Estrada Gil Vaz, Ap. 6, 7350-901 Elvas, Portugal
| |
Collapse
|
12
|
Reboredo FH, Junior W, Pessoa MF, Lidon FC, Ramalho JC, Leitão RG, Silva MM, Alvarenga N, Guerra M. Elemental Composition of Algae-Based Supplements by Energy Dispersive X-ray Fluorescence. Plants (Basel) 2021; 10:2041. [PMID: 34685850 PMCID: PMC8541454 DOI: 10.3390/plants10102041] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Grants] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 07/23/2021] [Revised: 09/17/2021] [Accepted: 09/23/2021] [Indexed: 11/17/2022]
Abstract
The aim of this study is to evaluate the elemental composition of fifteen algae-based supplements commonly sold in the Portuguese market, by energy dispersive X-ray fluorescence. Despite the fact that the majority of Kelp samples were a good source of iodine, the levels observed might well contribute to an excess in the human body, which can cause dysfunction of the thyroid gland. Furthermore, the presence of lead in Sea spaghetti, Arame, Hijiki and Wakame caused a considerable risk to public health vis a vis possible ingestion of a high daily dose. Regarding arsenic, great variability was observed in all the samples with concentrations equal to or above 60 μg/g in the case of Arame, KelpJ and Hijiki. Although algae mainly accumulate organic arsenic, some also contain high levels of its inorganic form, as is commonly pointed out for Hijiki. Thus, regular ingestion of these supplements must also take into account the mentioned facts. There is no doubt that these supplements are also good sources of other nutrients, but the lack of accurate regulations and control should alert consumers to avoid indiscriminate use of these types of products.
Collapse
Affiliation(s)
- Fernando H. Reboredo
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (W.J.); (M.F.P.); (F.C.L.); (J.C.R.)
| | - Walter Junior
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (W.J.); (M.F.P.); (F.C.L.); (J.C.R.)
| | - Maria F. Pessoa
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (W.J.); (M.F.P.); (F.C.L.); (J.C.R.)
| | - Fernando C. Lidon
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (W.J.); (M.F.P.); (F.C.L.); (J.C.R.)
| | - José C. Ramalho
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (W.J.); (M.F.P.); (F.C.L.); (J.C.R.)
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Lisboa, Portugal
| | - Roberta G. Leitão
- LIBPHYS-UNL, Physics Department, NOVA School of Science and Technology, NOVA University Lisbon, 2829-516 Caparica, Portugal;
| | | | - Nuno Alvarenga
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., UTI—Unidade de Tecnologia e Inovação, Avenida da República, Quinta do Marquês, 2780-157 Oeiras, Portugal;
| | - Mauro Guerra
- LIBPHYS-UNL, Physics Department, NOVA School of Science and Technology, NOVA University Lisbon, 2829-516 Caparica, Portugal;
| |
Collapse
|
13
|
Rodrigues AM, Jorge T, Osorio S, Pott DM, Lidon FC, DaMatta FM, Marques I, Ribeiro-Barros AI, Ramalho JC, António C. Primary Metabolite Profile Changes in Coffea spp. Promoted by Single and Combined Exposure to Drought and Elevated CO 2 Concentration. Metabolites 2021; 11:metabo11070427. [PMID: 34209624 PMCID: PMC8303404 DOI: 10.3390/metabo11070427] [Citation(s) in RCA: 7] [Impact Index Per Article: 2.3] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/17/2021] [Revised: 06/24/2021] [Accepted: 06/25/2021] [Indexed: 12/21/2022] Open
Abstract
Climate change scenarios pose major threats to many crops worldwide, including coffee. We explored the primary metabolite responses in two Coffea genotypes, C. canephora cv. Conilon Clone 153 and C. arabica cv. Icatu, grown at normal (aCO2) or elevated (eCO2) CO2 concentrations of 380 or 700 ppm, respectively, under well-watered (WW), moderate (MWD), or severe (SWD) water deficit conditions, in order to assess coffee responses to drought and how eCO2 can influence such responses. Primary metabolites were analyzed with a gas chromatography time-of-flight mass spectrometry metabolomics platform (GC-TOF-MS). A total of 48 primary metabolites were identified in both genotypes (23 amino acids and derivatives, 10 organic acids, 11 sugars, and 4 other metabolites), with differences recorded in both genotypes. Increased metabolite levels were observed in CL153 plants under single and combined conditions of aCO2 and drought (MWD and SWD), as opposed to the observed decreased levels under eCO2 in both drought conditions. In contrast, Icatu showed minor differences under MWD, and increased levels (especially amino acids) only under SWD at both CO2 concentration conditions, although with a tendency towards greater increases under eCO2. Altogether, CL153 demonstrated large impact under MWD, and seemed not to benefit from eCO2 in either MWD and SWD, in contrast with Icatu.
Collapse
Affiliation(s)
- Ana M. Rodrigues
- Plant Metabolomics Laboratory, Instituto de Tecnologia Química e Biológica António Xavier, Universidade Nova de Lisboa (ITQB NOVA), 2780-157 Oeiras, Portugal; (A.M.R.); (T.J.)
| | - Tiago Jorge
- Plant Metabolomics Laboratory, Instituto de Tecnologia Química e Biológica António Xavier, Universidade Nova de Lisboa (ITQB NOVA), 2780-157 Oeiras, Portugal; (A.M.R.); (T.J.)
| | - Sonia Osorio
- Instituto de Hortofruticultura Subtropical y Mediterránea “La Mayora”, Departamento de Biología Molecular y Bioquímica, Universidad de Málaga—Consejo Superior de Investigaciones Científicas (IHSM-UMA-CSIC), 29071 Málaga, Spain; (S.O.); (D.M.P.)
| | - Delphine M. Pott
- Instituto de Hortofruticultura Subtropical y Mediterránea “La Mayora”, Departamento de Biología Molecular y Bioquímica, Universidad de Málaga—Consejo Superior de Investigaciones Científicas (IHSM-UMA-CSIC), 29071 Málaga, Spain; (S.O.); (D.M.P.)
| | - Fernando C. Lidon
- GeoBioSciences, GeoTechnologies and GeoEngineering (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), 2829-516 Monte de Caparica, Portugal;
| | - Fábio M. DaMatta
- Departamento de Biologia Vegetal, Universidade Federal Viçosa (UFV), Viçosa 36570-090, Brazil;
| | - Isabel Marques
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal;
| | - Ana I. Ribeiro-Barros
- GeoBioSciences, GeoTechnologies and GeoEngineering (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), 2829-516 Monte de Caparica, Portugal;
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal;
- Correspondence: (A.I.R.-B.); (J.C.R.); (C.A.)
| | - José C. Ramalho
- GeoBioSciences, GeoTechnologies and GeoEngineering (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), 2829-516 Monte de Caparica, Portugal;
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal;
- Correspondence: (A.I.R.-B.); (J.C.R.); (C.A.)
| | - Carla António
- Plant Metabolomics Laboratory, Instituto de Tecnologia Química e Biológica António Xavier, Universidade Nova de Lisboa (ITQB NOVA), 2780-157 Oeiras, Portugal; (A.M.R.); (T.J.)
- Correspondence: (A.I.R.-B.); (J.C.R.); (C.A.)
| |
Collapse
|
14
|
Rosa N, Lidon FC, Rodrigues AP, Pais IP, Scotti-Campos P, Asín L, Oliveira CM, Ramalho JC. Implications of nighttime temperature on metamitron impacts on the photosynthetic machinery functioning of Malus x domestica Borkh. J Plant Physiol 2021; 261:153427. [PMID: 33940557 DOI: 10.1016/j.jplph.2021.153427] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 01/10/2021] [Revised: 03/25/2021] [Accepted: 04/11/2021] [Indexed: 05/07/2023]
Abstract
Metamitron (MET) is a fruitlet thinning compound for apple trees, needing better understanding of its action on leaf energy metabolism, depending on nighttime temperature. A trial under environmental controlled conditions was set with 'Golden Reinders' potted trees, under 25/7.5 and 25/15 °C (diurnal/nighttime temperature), with (MET, 247.5 ppm) or without (CTR) application, and considering the monitoring of photosynthetic and respiration components from day 1 (D1) to 14 (D14). Net photosynthesis (Pn) decline promoted by MET after D1 was not stomatal related. Instead, non-stomatal constraints, reflected on the photosynthetic capacity (Amax), included a clear photosystem (PS) II inhibition (but barely of PSI), as shown by severe reductions in thylakoid electron transport at PSII level, maximal (Fv/Fm) and actual (Fv'/Fm') PSII photochemical efficiencies, estimate of quantum yield of linear electron transport (Y(II)), and the rise in PSII photoinhibition status (Fs/Fm' and PIChr) and uncontrolled energy dissipation (Y(NO)). To Pn inhibition also contributed the impact in RuBisCO along the entire experiment, regardless of night temperature, here reported for the first time. Globally, MET impact on the photosynthetic parameters was usually greater under 7.5 °C, with maximal impacts between D4 and D7, probably associated to a less active metabolism at lower temperature. Cellular energy metabolism was further impaired under 7.5 °C, through moderate inhibition of NADH-dependent malate dehydrogenase (MDH) and pyruvate kinase (PK) enzymes involved in respiration, in contrast with the increase of dark respiration in MET 7.5 until D7. The lower impact on PK and MDH under 15 °C and a likely global higher active metabolism at that temperature would agree with the lowest sucrose levels in MET 15 at D4 and D7. Our findings showed that MET alters the cell energy machinery in a temperature dependent manner, affecting the sucrose balance mainly at 15 °C, justifying the observed greater thinning potential.
Collapse
Affiliation(s)
- Nídia Rosa
- Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food (LEAF), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa, 1349-017, Lisboa, Portugal.
| | - Fernando C Lidon
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516, Caparica, Portugal
| | - Ana P Rodrigues
- PlantStress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa, 2784-505, Oeiras, Portugal
| | - Isabel P Pais
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516, Caparica, Portugal; Unidade de Investigação em Biotecnologia e Recursos Genéticos (UIBRG), Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), 2784-505, Oeiras, Portugal
| | - Paula Scotti-Campos
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516, Caparica, Portugal; Unidade de Investigação em Biotecnologia e Recursos Genéticos (UIBRG), Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), 2784-505, Oeiras, Portugal
| | - Luís Asín
- IRTA Fruitcentre, PCiTAL, Park of Gardeny, Fruitcentre Building, 25003, Lleida, Spain.
| | - Cristina M Oliveira
- Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food (LEAF), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa, 1349-017, Lisboa, Portugal.
| | - José C Ramalho
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516, Caparica, Portugal; Unidade de Investigação em Biotecnologia e Recursos Genéticos (UIBRG), Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), 2784-505, Oeiras, Portugal.
| |
Collapse
|
15
|
Semedo JN, Rodrigues AP, Lidon FC, Pais IP, Marques I, Gouveia D, Armengaud J, Silva MJ, Martins S, Semedo MC, Dubberstein D, Partelli FL, Reboredo FH, Scotti-Campos P, Ribeiro-Barros AI, DaMatta FM, Ramalho JC. Intrinsic non-stomatal resilience to drought of the photosynthetic apparatus in Coffea spp. is strengthened by elevated air [CO2]. Tree Physiol 2021; 41:708-727. [PMID: 33215189 DOI: 10.1093/treephys/tpaa158] [Citation(s) in RCA: 20] [Impact Index Per Article: 6.7] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 08/02/2020] [Accepted: 11/11/2020] [Indexed: 05/10/2023]
Abstract
Growing water restrictions associated with climate changes constitute daunting challenges to crop performance. This study unveils the impacts of moderate (MWD) or severe (SWD) water deficit, and their interaction with air [CO2], on the photosynthetic apparatus of Coffea canephora Pierre ex A. Froehner cv. Conilon Clone 153 (CL153) and Coffea arabica L. cv. Icatu. Seven year-old potted plants grown under 380 (aCO2) or 700 μl l -1 (eCO2) [CO2] gradually reached predawn water potentials between -1.6 and -2.1 MPa (MWD), and below -3.5 MPa (SWD). Under drought, stomata closure was chiefly related to abscisic acid (ABA) rise. Increasing drought severity progressively affected gas exchange and fluorescence parameters in both genotypes, with non-stomatal limitations becoming gradually dominating, especially regarding the photochemical and biochemical components of CL153 SWD plants. In contrast, Icatu plants were highly tolerant to SWD, with minor, if any, negative impacts on the potential photosynthetic functioning and components (e.g., Amax, Fv/Fm, electron carriers, photosystems (PSs) and ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase oxygenase (RuBisCO) activities). Besides, drought-stressed Icatu plants displayed increased abundance of a large set of proteins associated with the photosynthetic apparatus (PSs, light-harvesting complexes, cyclic electron flow, RuBisCO activase) regardless of [CO2]. Single eCO2 did not promote stomatal and photosynthetic down-regulation in both genotypes. Instead, eCO2 increased photosynthetic performance, moderately reinforced photochemical (PSs activity, electron carriers) and biochemical (RuBisCO, ribulose-5-phosphate kinase) components, whereas photoprotective mechanisms and protein abundance remained mostly unaffected. In both genotypes, under MWD, eCO2 superimposition delayed stress severity and promoted photosynthetic functioning with lower energy dissipation and PSII impacts, whereas stomatal closure was decoupled from increases in ABA. In SWD plants, most impacts on the photosynthetic performance were reduced by eCO2, especially in the moderately drought affected CL153 genotype, although maintaining RuBisCO as the most sensitive component, deserving special breeder's attention to improve coffee sustainability under future climate scenarios.
Collapse
Affiliation(s)
- José N Semedo
- Unidade de Investigação em Biotecnologia e Recursos Genéticos, Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Qta. Marquês, Av. República, Oeiras 2784-505, Portugal
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Monte de Caparica, Caparica 2829-516, Portugal
| | - Ana P Rodrigues
- Plant Stress and Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, Oeiras 2784-505, Portugal
- Plant Stress and Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Tapada da Ajuda, Lisboa 1349-017, Portugal
| | - Fernando C Lidon
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Monte de Caparica, Caparica 2829-516, Portugal
| | - Isabel P Pais
- Unidade de Investigação em Biotecnologia e Recursos Genéticos, Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Qta. Marquês, Av. República, Oeiras 2784-505, Portugal
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Monte de Caparica, Caparica 2829-516, Portugal
| | - Isabel Marques
- Plant Stress and Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, Oeiras 2784-505, Portugal
- Plant Stress and Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Tapada da Ajuda, Lisboa 1349-017, Portugal
| | - Duarte Gouveia
- CEA, INRAE, Département Médicaments et Technologies pour la Santé (DMTS), SPI, Université Paris Saclay, Bagnols-sur-Cèze F-F-30200, France
| | - Jean Armengaud
- CEA, INRAE, Département Médicaments et Technologies pour la Santé (DMTS), SPI, Université Paris Saclay, Bagnols-sur-Cèze F-F-30200, France
| | - Maria J Silva
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Monte de Caparica, Caparica 2829-516, Portugal
- Plant Stress and Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, Oeiras 2784-505, Portugal
- Plant Stress and Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Tapada da Ajuda, Lisboa 1349-017, Portugal
| | - Sónia Martins
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Monte de Caparica, Caparica 2829-516, Portugal
- Área Departamental de Engenharia Química, Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, Instituto Politécnico de Lisboa, R. Conselheiro Emídio Navarro 1, Lisboa 1959-007, Portugal
| | - Magda C Semedo
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Monte de Caparica, Caparica 2829-516, Portugal
- Área Departamental de Engenharia Química, Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, Instituto Politécnico de Lisboa, R. Conselheiro Emídio Navarro 1, Lisboa 1959-007, Portugal
| | - Danielly Dubberstein
- Plant Stress and Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, Oeiras 2784-505, Portugal
- Departamento de Ciências Agrárias e Biológicas (DCAB), Centro Universitário do Norte do Espírito Santo (CEUNES), Universidade Federal Espírito Santo (UFES), Rod. BR 101 Norte, Km. 60, Bairro Litorâneo, São Mateu-ES, CEP 29932-540, Brazil
| | - Fábio L Partelli
- Departamento de Ciências Agrárias e Biológicas (DCAB), Centro Universitário do Norte do Espírito Santo (CEUNES), Universidade Federal Espírito Santo (UFES), Rod. BR 101 Norte, Km. 60, Bairro Litorâneo, São Mateu-ES, CEP 29932-540, Brazil
| | - Fernando H Reboredo
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Monte de Caparica, Caparica 2829-516, Portugal
| | - Paula Scotti-Campos
- Unidade de Investigação em Biotecnologia e Recursos Genéticos, Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Qta. Marquês, Av. República, Oeiras 2784-505, Portugal
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Monte de Caparica, Caparica 2829-516, Portugal
| | - Ana I Ribeiro-Barros
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Monte de Caparica, Caparica 2829-516, Portugal
- Plant Stress and Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, Oeiras 2784-505, Portugal
- Plant Stress and Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Tapada da Ajuda, Lisboa 1349-017, Portugal
| | - Fábio M DaMatta
- Departamento de Biologia Vegetal, Universidade Federal Viçosa, Viçosa, MG 36570-900, Brazil
| | - José C Ramalho
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Monte de Caparica, Caparica 2829-516, Portugal
- Plant Stress and Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, Oeiras 2784-505, Portugal
- Plant Stress and Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Tapada da Ajuda, Lisboa 1349-017, Portugal
| |
Collapse
|
16
|
Reboredo FH, Pelica J, Lidon FC, Pessoa MF, Silva MM, Guerra M, Leitão R, Ramalho JC. The Tolerance of Eucalyptus globulus to Soil Contamination with Arsenic. Plants (Basel) 2021; 10:plants10040627. [PMID: 33806210 PMCID: PMC8066964 DOI: 10.3390/plants10040627] [Citation(s) in RCA: 2] [Impact Index Per Article: 0.7] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 03/03/2021] [Revised: 03/17/2021] [Accepted: 03/22/2021] [Indexed: 05/13/2023]
Abstract
The contamination of abandoned mining areas is a problem worldwide that needs urgent attention. Phytoremediation emerges as a successful method to extract different contaminants from the soil. In this context, Eucalyptus globulus plants growing in soils artificial contaminated with arsenic (As) were used to access its phytoremediation capabilities. The effects of As on photosynthetic performance were monitored through different physiological parameters, whereas the uptake and translocation of As and the putative effects on calcium, iron, potassium, and zinc levels on plants were evaluated by X-ray fluorescence analysis. Root system is the major accumulator organ, while the translocation to the above-ground organs is poor. In the end of the experiment, the root biomass of plants treated with 200 μg As mL-1 is 27% and 49.7% lower than equivalent biomass from plants treated with 100 μg As mL-1 and control plants, respectively. Each plant can accumulate 8.19 and 8.91 mg As after a 6-month period, when submitted to 100 As and 200 As, respectively. It seems to exist an antagonistic effect of As on Zn root uptake by E. globulus. In general, the tested concentrations do not influence negatively plant metabolism, indicating that this species is suitable for plantation in contaminated areas.
Collapse
Affiliation(s)
- Fernando Henrique Reboredo
- Departamento Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (M.F.P.)
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.P.); (M.M.S.)
- Correspondence: (F.H.R.); or (J.C.R.)
| | - João Pelica
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.P.); (M.M.S.)
| | - Fernando C. Lidon
- Departamento Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (M.F.P.)
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.P.); (M.M.S.)
| | - Maria F. Pessoa
- Departamento Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (M.F.P.)
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.P.); (M.M.S.)
| | - Maria Manuela Silva
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.P.); (M.M.S.)
- ESEAG-COFAC, Avenida do Campo Grande 376, 1749-024 Lisboa, Portugal
| | - Mauro Guerra
- LIBPHYS, Departamento de Física, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.G.); (R.L.)
| | - Roberta Leitão
- LIBPHYS, Departamento de Física, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.G.); (R.L.)
| | - José C. Ramalho
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (J.P.); (M.M.S.)
- PlantStress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras e Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal
- Correspondence: (F.H.R.); or (J.C.R.)
| |
Collapse
|
17
|
Coelho ARF, Lidon FC, Pessoa CC, Marques AC, Luís IC, Caleiro J, Simões M, Kullberg J, Legoinha P, Brito M, Guerra M, Leitão RG, Galhano C, Scotti-Campos P, Semedo JN, Silva MM, Pais IP, Silva MJ, Rodrigues AP, Pessoa MF, Ramalho JC, Reboredo FH. Can Foliar Pulverization with CaCl 2 and Ca(NO 3) 2 Trigger Ca Enrichment in Solanum tuberosum L. Tubers? Plants (Basel) 2021; 10:plants10020245. [PMID: 33513848 PMCID: PMC7911654 DOI: 10.3390/plants10020245] [Citation(s) in RCA: 22] [Impact Index Per Article: 7.3] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/20/2020] [Revised: 01/18/2021] [Accepted: 01/19/2021] [Indexed: 11/16/2022]
Abstract
This study aimed to assess the efficiency of Ca enrichment in tubers of three genotypes of Solanum tuberosum L., through foliar spraying with CaCl2 and Ca(NO3)2 solutions. In this context, soil heterogeneity of three potato-growing fields, as well as the implications of Ca accumulation among tissues and some quality parameters were assessed. Three potato varieties (Agria, Picasso and Rossi) were grown in three production fields and during the life cycle, four pulverizations with calcium chloride (3 and 6 kg ha−1) or calcium nitrate (0.5, 2 and 4 kg ha−1) were applied. For screening the potential phytotoxicity, using Agria as a test system, the potential synthesis of photoassimilates was determined, and it was found that after the 3rd Ca application, leaf gas exchanges were moderately (net photosynthesis), to strongly (stomatal conductance) affected, although without impact on Ca accumulation in tubers. At harvest, the average Ca biofortification index varied between 5–40%, 40–35% and 4.3–13% in Agria, Picasso and Rossi, respectively. Moreover, the equatorial region of the tubers in general showed that Ca accumulation prevailed in the epidermis and, in some cases, in inner areas of the potato tubers. Biofortified tubers with Ca also showed some significant changes in total soluble solids and colorimetric parameters. It is concluded that Ca enrichment of potato tubers through foliar spraying complemented the xylem mass flow of Ca from roots, through phloem redistribution. Both fertilizers showed similar efficiency, but Rossi revealed a lower index of Ca accumulation, eventually due to different metabolic characteristics. Although affected by Ca enrichment, potato tubers maintained a high quality for industrial processing.
Collapse
Affiliation(s)
- Ana Rita F. Coelho
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (C.C.P.); (A.C.M.); (I.C.L.); (J.C.); (M.S.); (J.K.); (P.L.); (M.B.); (C.G.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- GeoBioTec, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.N.S.); (M.M.S.); (I.P.P.); (M.J.S.); (J.C.R.)
- Correspondence:
| | - Fernando C. Lidon
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (C.C.P.); (A.C.M.); (I.C.L.); (J.C.); (M.S.); (J.K.); (P.L.); (M.B.); (C.G.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- GeoBioTec, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.N.S.); (M.M.S.); (I.P.P.); (M.J.S.); (J.C.R.)
| | - Cláudia Campos Pessoa
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (C.C.P.); (A.C.M.); (I.C.L.); (J.C.); (M.S.); (J.K.); (P.L.); (M.B.); (C.G.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- GeoBioTec, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.N.S.); (M.M.S.); (I.P.P.); (M.J.S.); (J.C.R.)
| | - Ana Coelho Marques
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (C.C.P.); (A.C.M.); (I.C.L.); (J.C.); (M.S.); (J.K.); (P.L.); (M.B.); (C.G.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- GeoBioTec, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.N.S.); (M.M.S.); (I.P.P.); (M.J.S.); (J.C.R.)
| | - Inês Carmo Luís
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (C.C.P.); (A.C.M.); (I.C.L.); (J.C.); (M.S.); (J.K.); (P.L.); (M.B.); (C.G.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- GeoBioTec, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.N.S.); (M.M.S.); (I.P.P.); (M.J.S.); (J.C.R.)
| | - João Caleiro
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (C.C.P.); (A.C.M.); (I.C.L.); (J.C.); (M.S.); (J.K.); (P.L.); (M.B.); (C.G.); (M.F.P.); (F.H.R.)
| | - Manuela Simões
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (C.C.P.); (A.C.M.); (I.C.L.); (J.C.); (M.S.); (J.K.); (P.L.); (M.B.); (C.G.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- GeoBioTec, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.N.S.); (M.M.S.); (I.P.P.); (M.J.S.); (J.C.R.)
| | - José Kullberg
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (C.C.P.); (A.C.M.); (I.C.L.); (J.C.); (M.S.); (J.K.); (P.L.); (M.B.); (C.G.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- GeoBioTec, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.N.S.); (M.M.S.); (I.P.P.); (M.J.S.); (J.C.R.)
| | - Paulo Legoinha
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (C.C.P.); (A.C.M.); (I.C.L.); (J.C.); (M.S.); (J.K.); (P.L.); (M.B.); (C.G.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- GeoBioTec, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.N.S.); (M.M.S.); (I.P.P.); (M.J.S.); (J.C.R.)
| | - Maria Brito
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (C.C.P.); (A.C.M.); (I.C.L.); (J.C.); (M.S.); (J.K.); (P.L.); (M.B.); (C.G.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- GeoBioTec, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.N.S.); (M.M.S.); (I.P.P.); (M.J.S.); (J.C.R.)
| | - Mauro Guerra
- LIBPhys-UNL, Departamento de Física, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.G.); (R.G.L.)
| | - Roberta G. Leitão
- LIBPhys-UNL, Departamento de Física, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.G.); (R.G.L.)
| | - Carlos Galhano
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (C.C.P.); (A.C.M.); (I.C.L.); (J.C.); (M.S.); (J.K.); (P.L.); (M.B.); (C.G.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- GeoBioTec, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.N.S.); (M.M.S.); (I.P.P.); (M.J.S.); (J.C.R.)
| | - Paula Scotti-Campos
- GeoBioTec, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.N.S.); (M.M.S.); (I.P.P.); (M.J.S.); (J.C.R.)
- INIAV-Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, Avenida da República, Quinta do Marquês, 2780-157 Oeiras, Portugal
| | - José N. Semedo
- GeoBioTec, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.N.S.); (M.M.S.); (I.P.P.); (M.J.S.); (J.C.R.)
- INIAV-Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, Avenida da República, Quinta do Marquês, 2780-157 Oeiras, Portugal
| | - Maria Manuela Silva
- GeoBioTec, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.N.S.); (M.M.S.); (I.P.P.); (M.J.S.); (J.C.R.)
- ESEAG-COFAC, Avenida do Campo Grande 376, 1749-024 Lisboa, Portugal
| | - Isabel P. Pais
- GeoBioTec, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.N.S.); (M.M.S.); (I.P.P.); (M.J.S.); (J.C.R.)
- INIAV-Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, Avenida da República, Quinta do Marquês, 2780-157 Oeiras, Portugal
| | - Maria J. Silva
- GeoBioTec, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.N.S.); (M.M.S.); (I.P.P.); (M.J.S.); (J.C.R.)
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, 1349-017 Lisboa, Portugal;
| | - Ana P. Rodrigues
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, 1349-017 Lisboa, Portugal;
| | - Maria F. Pessoa
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (C.C.P.); (A.C.M.); (I.C.L.); (J.C.); (M.S.); (J.K.); (P.L.); (M.B.); (C.G.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- GeoBioTec, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.N.S.); (M.M.S.); (I.P.P.); (M.J.S.); (J.C.R.)
| | - José C. Ramalho
- GeoBioTec, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.N.S.); (M.M.S.); (I.P.P.); (M.J.S.); (J.C.R.)
- Plant Stress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, 1349-017 Lisboa, Portugal;
| | - Fernando H. Reboredo
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (C.C.P.); (A.C.M.); (I.C.L.); (J.C.); (M.S.); (J.K.); (P.L.); (M.B.); (C.G.); (M.F.P.); (F.H.R.)
- GeoBioTec, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.N.S.); (M.M.S.); (I.P.P.); (M.J.S.); (J.C.R.)
| |
Collapse
|
18
|
Luís IC, Lidon FC, Pessoa CC, Marques AC, Coelho ARF, Simões M, Patanita M, Dôres J, Ramalho JC, Silva MM, Almeida AS, Pais IP, Pessoa MF, Reboredo FH, Legoinha P, Guerra M, Leitão RG, Campos PS. Zinc Enrichment in two Contrasting Genotypes of Triticum aestivum L. Grains: Interactions between Edaphic Conditions and Foliar Fertilizers. Plants (Basel) 2021; 10:204. [PMID: 33494526 PMCID: PMC7910929 DOI: 10.3390/plants10020204] [Citation(s) in RCA: 4] [Impact Index Per Article: 1.3] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Grants] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/27/2020] [Revised: 01/15/2021] [Accepted: 01/18/2021] [Indexed: 11/16/2022]
Abstract
This study aimed to assess the implications of Zn enrichment in wheat grains as a function of contrasting genotypes, edaphic conditions and foliar fertilizers. Triticum aestivum L. varieties Roxo and Paiva were grown in four production fields, and sprayed with ZnSO4 (0, 16.20 and 36.40 kg/ha) Zn-EDTA (0, 6.30 and 12.60 kg/ha) and Tecnifol Zinc (0, 3.90 and 7.80 kg/ha). The heterogeneous edaphic conditions of the wheat fields were chemically characterized, it being found that soil properties determine different Zn accumulation in the grains of both genotypes. Foliar spraying enhanced to different extents Zn content in the grains of both genotypes, but the average of enrichment indexes varied among the wheat fields. Zinc mostly accumulated in the embryo and vascular bundle and to a lesser extent in the endosperm. Grain yield and test weight sprayed by ZnSO4 gave the highest values in both genotypes, but the opposite was found for Zn-EDTA. Considering the color parameters, lightness and red-green transitions were found to be a conjunction of genotype characteristics, fertilization types and edaphic conditions prevailing in each field. It is concluded that the index of Zn enrichment in wheat grains is a docket of edaphic conditions, genotype and type of fertilization.
Collapse
Affiliation(s)
- Inês Carmo Luís
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (C.C.P.); (A.C.M.); (A.R.F.C.); (M.S.); (M.F.P.); (F.H.R.); (P.L.)
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.P.); (J.C.R.); (M.M.S.); (A.S.A.); (I.P.P.); (P.S.C.)
| | - Fernando C. Lidon
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (C.C.P.); (A.C.M.); (A.R.F.C.); (M.S.); (M.F.P.); (F.H.R.); (P.L.)
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.P.); (J.C.R.); (M.M.S.); (A.S.A.); (I.P.P.); (P.S.C.)
| | - Cláudia Campos Pessoa
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (C.C.P.); (A.C.M.); (A.R.F.C.); (M.S.); (M.F.P.); (F.H.R.); (P.L.)
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.P.); (J.C.R.); (M.M.S.); (A.S.A.); (I.P.P.); (P.S.C.)
| | - Ana Coelho Marques
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (C.C.P.); (A.C.M.); (A.R.F.C.); (M.S.); (M.F.P.); (F.H.R.); (P.L.)
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.P.); (J.C.R.); (M.M.S.); (A.S.A.); (I.P.P.); (P.S.C.)
| | - Ana Rita F. Coelho
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (C.C.P.); (A.C.M.); (A.R.F.C.); (M.S.); (M.F.P.); (F.H.R.); (P.L.)
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.P.); (J.C.R.); (M.M.S.); (A.S.A.); (I.P.P.); (P.S.C.)
| | - Manuela Simões
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (C.C.P.); (A.C.M.); (A.R.F.C.); (M.S.); (M.F.P.); (F.H.R.); (P.L.)
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.P.); (J.C.R.); (M.M.S.); (A.S.A.); (I.P.P.); (P.S.C.)
| | - Manuel Patanita
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.P.); (J.C.R.); (M.M.S.); (A.S.A.); (I.P.P.); (P.S.C.)
- Escola Superior Agrária, Instituto Politécnico de Beja, R. Pedro Soares S/N, 7800-295 Beja, Portugal;
| | - José Dôres
- Escola Superior Agrária, Instituto Politécnico de Beja, R. Pedro Soares S/N, 7800-295 Beja, Portugal;
| | - José C. Ramalho
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.P.); (J.C.R.); (M.M.S.); (A.S.A.); (I.P.P.); (P.S.C.)
- PlantStress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal
| | - Maria Manuela Silva
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.P.); (J.C.R.); (M.M.S.); (A.S.A.); (I.P.P.); (P.S.C.)
- ESEAG-COFAC, Avenida do Campo Grande 376, 1749-024 Lisboa, Portugal
| | - Ana Sofia Almeida
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.P.); (J.C.R.); (M.M.S.); (A.S.A.); (I.P.P.); (P.S.C.)
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Estrada de Gil Vaz 6, 7351-901 Elvas, Portugal
| | - Isabel P. Pais
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.P.); (J.C.R.); (M.M.S.); (A.S.A.); (I.P.P.); (P.S.C.)
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Avenida da República, Quinta do Marquês, 2780-157 Oeiras, Portugal
| | - Maria Fernanda Pessoa
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (C.C.P.); (A.C.M.); (A.R.F.C.); (M.S.); (M.F.P.); (F.H.R.); (P.L.)
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.P.); (J.C.R.); (M.M.S.); (A.S.A.); (I.P.P.); (P.S.C.)
| | - Fernando Henrique Reboredo
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (C.C.P.); (A.C.M.); (A.R.F.C.); (M.S.); (M.F.P.); (F.H.R.); (P.L.)
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.P.); (J.C.R.); (M.M.S.); (A.S.A.); (I.P.P.); (P.S.C.)
| | - Paulo Legoinha
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (C.C.P.); (A.C.M.); (A.R.F.C.); (M.S.); (M.F.P.); (F.H.R.); (P.L.)
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.P.); (J.C.R.); (M.M.S.); (A.S.A.); (I.P.P.); (P.S.C.)
| | - Mauro Guerra
- LIBPhys-UNL, Physics Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.G.); (R.G.L.)
| | - Roberta G. Leitão
- LIBPhys-UNL, Physics Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.G.); (R.G.L.)
| | - Paula Scotti Campos
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Campus da Caparica, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.P.); (J.C.R.); (M.M.S.); (A.S.A.); (I.P.P.); (P.S.C.)
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Avenida da República, Quinta do Marquês, 2780-157 Oeiras, Portugal
| |
Collapse
|
19
|
Marques I, Fernandes I, David PH, Paulo OS, Goulao LF, Fortunato AS, Lidon FC, DaMatta FM, Ramalho JC, Ribeiro-Barros AI. Transcriptomic Leaf Profiling Reveals Differential Responses of the Two Most Traded Coffee Species to Elevated [CO 2]. Int J Mol Sci 2020; 21:ijms21239211. [PMID: 33287164 PMCID: PMC7730880 DOI: 10.3390/ijms21239211] [Citation(s) in RCA: 7] [Impact Index Per Article: 1.8] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 11/10/2020] [Revised: 11/26/2020] [Accepted: 11/27/2020] [Indexed: 02/06/2023] Open
Abstract
As atmospheric [CO2] continues to rise to unprecedented levels, understanding its impact on plants is imperative to improve crop performance and sustainability under future climate conditions. In this context, transcriptional changes promoted by elevated CO2 (eCO2) were studied in genotypes from the two major traded coffee species: the allopolyploid Coffea arabica (Icatu) and its diploid parent, C. canephora (CL153). While Icatu expressed more genes than CL153, a higher number of differentially expressed genes were found in CL153 as a response to eCO2. Although many genes were found to be commonly expressed by the two genotypes under eCO2, unique genes and pathways differed between them, with CL153 showing more enriched GO terms and metabolic pathways than Icatu. Divergent functional categories and significantly enriched pathways were found in these genotypes, which altogether supports contrasting responses to eCO2. A considerable number of genes linked to coffee physiological and biochemical responses were found to be affected by eCO2 with the significant upregulation of photosynthetic, antioxidant, and lipidic genes. This supports the absence of photosynthesis down-regulation and, therefore, the maintenance of increased photosynthetic potential promoted by eCO2 in these coffee genotypes.
Collapse
Affiliation(s)
- Isabel Marques
- Plant-Environment Interactions and Biodiversity Lab (PlantStress & Biodiversity), Forest Research Centre (CEF), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa, 2784-505 Oeiras and Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal
- Computational Biology and Population Genomics Group, Centre for Ecology, Evolution and Environmental Changes (cE3c), Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa, 1749-016 Lisboa, Portugal; (I.F.); (P.H.D.); (O.S.P.)
- Correspondence: (I.M.); (J.C.R.); (A.I.R.-B.)
| | - Isabel Fernandes
- Computational Biology and Population Genomics Group, Centre for Ecology, Evolution and Environmental Changes (cE3c), Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa, 1749-016 Lisboa, Portugal; (I.F.); (P.H.D.); (O.S.P.)
| | - Pedro H.C. David
- Computational Biology and Population Genomics Group, Centre for Ecology, Evolution and Environmental Changes (cE3c), Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa, 1749-016 Lisboa, Portugal; (I.F.); (P.H.D.); (O.S.P.)
| | - Octávio S. Paulo
- Computational Biology and Population Genomics Group, Centre for Ecology, Evolution and Environmental Changes (cE3c), Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa, 1749-016 Lisboa, Portugal; (I.F.); (P.H.D.); (O.S.P.)
| | - Luis F. Goulao
- Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food (LEAF), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal;
| | - Ana S. Fortunato
- GREEN-IT—Bioresources for Sustainability, Instituto de Tecnologia Química e Biológica António Xavier (ITQB), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Av. da República, 2780-157 Oeiras, Portugal;
| | - Fernando C. Lidon
- GeoBioSciences, GeoTechnologies and GeoEngineering (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), 2829-516 Monte de Caparica, Portugal;
| | - Fábio M. DaMatta
- Departamento de Biologia Vegetal, Universidade Federal Viçosa (UFV), Viçosa 36570-900 (MG), Brazil;
| | - José C. Ramalho
- Plant-Environment Interactions and Biodiversity Lab (PlantStress & Biodiversity), Forest Research Centre (CEF), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa, 2784-505 Oeiras and Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal
- GeoBioSciences, GeoTechnologies and GeoEngineering (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), 2829-516 Monte de Caparica, Portugal;
- Correspondence: (I.M.); (J.C.R.); (A.I.R.-B.)
| | - Ana I. Ribeiro-Barros
- Plant-Environment Interactions and Biodiversity Lab (PlantStress & Biodiversity), Forest Research Centre (CEF), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa, 2784-505 Oeiras and Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal
- GeoBioSciences, GeoTechnologies and GeoEngineering (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), 2829-516 Monte de Caparica, Portugal;
- Correspondence: (I.M.); (J.C.R.); (A.I.R.-B.)
| |
Collapse
|
20
|
Marques AC, Lidon FC, Coelho ARF, Pessoa CC, Luís IC, Scotti-Campos P, Simões M, Almeida AS, Legoinha P, Pessoa MF, Galhano C, Guerra MAM, Leitão RG, Ramalho JC, Semedo JMN, Bagulho A, Moreira J, Rodrigues AP, Marques P, Silva C, Ribeiro-Barros A, Silva MJ, Silva MM, Oliveira K, Ferreira D, Pais IP, Reboredo FH. Quantification and Tissue Localization of Selenium in Rice ( Oryza sativa L., Poaceae) Grains: A Perspective of Agronomic Biofortification. Plants (Basel) 2020; 9:plants9121670. [PMID: 33260543 PMCID: PMC7760205 DOI: 10.3390/plants9121670] [Citation(s) in RCA: 13] [Impact Index Per Article: 3.3] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 11/06/2020] [Revised: 11/25/2020] [Accepted: 11/26/2020] [Indexed: 02/06/2023]
Abstract
In worldwide production, rice is the second-most-grown crop. It is considered a staple food for many populations and, if naturally enriched in Se, has a huge potential to reduce nutrient deficiencies in foodstuff for human consumption. This study aimed to develop an agronomic itinerary for Se biofortification of Oryza sativa L. (Poaceae) and assess potential physicochemical deviations. Trials were implemented in rice paddy field with known soil and water characteristics and two genotypes resulting from genetic breeding (OP1505 and OP1509) were selected for evaluation. Plants were sprayed at booting, anthesis and milky grain phases with two different foliar fertilizers (sodium selenate and sodium selenite) at different concentrations (25, 50, 75 and 100 g Se·ha−1). After grain harvesting, the application of selenate showed 4.9–7.1 fold increases, whereas selenite increased 5.9–8.4-fold in OP1509 and OP1505, respectively. In brown grain, it was found that in the highest treatment selenate or selenite triggered much higher Se accumulation in OP1505 relatively to OP1509, and that no relevant variation was found with selenate or selenite spraying in each genotype. Total protein increased exponentially in OP1505 genotype when selenite was applied, and higher dosage of Se also increased grain weight and total protein content. It was concluded that, through agronomic biofortification, rice grain can be enriched with Se without impairing its quality, thus highlighting its value in general for the industry and consumers with special needs.
Collapse
Affiliation(s)
- Ana Coelho Marques
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (C.C.P.); (I.C.L.); (M.S.); (P.L.); (M.F.P.); (C.G.); (D.F.); (F.H.R.)
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.C.R.); (J.M.N.S.); (A.B.); (J.M.); (A.R.-B.); (M.J.S.); (M.M.S.); (K.O.); (I.P.P.)
- Correspondence:
| | - Fernando C. Lidon
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (C.C.P.); (I.C.L.); (M.S.); (P.L.); (M.F.P.); (C.G.); (D.F.); (F.H.R.)
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.C.R.); (J.M.N.S.); (A.B.); (J.M.); (A.R.-B.); (M.J.S.); (M.M.S.); (K.O.); (I.P.P.)
| | - Ana Rita F. Coelho
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (C.C.P.); (I.C.L.); (M.S.); (P.L.); (M.F.P.); (C.G.); (D.F.); (F.H.R.)
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.C.R.); (J.M.N.S.); (A.B.); (J.M.); (A.R.-B.); (M.J.S.); (M.M.S.); (K.O.); (I.P.P.)
| | - Cláudia Campos Pessoa
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (C.C.P.); (I.C.L.); (M.S.); (P.L.); (M.F.P.); (C.G.); (D.F.); (F.H.R.)
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.C.R.); (J.M.N.S.); (A.B.); (J.M.); (A.R.-B.); (M.J.S.); (M.M.S.); (K.O.); (I.P.P.)
| | - Inês Carmo Luís
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (C.C.P.); (I.C.L.); (M.S.); (P.L.); (M.F.P.); (C.G.); (D.F.); (F.H.R.)
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.C.R.); (J.M.N.S.); (A.B.); (J.M.); (A.R.-B.); (M.J.S.); (M.M.S.); (K.O.); (I.P.P.)
| | - Paula Scotti-Campos
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.C.R.); (J.M.N.S.); (A.B.); (J.M.); (A.R.-B.); (M.J.S.); (M.M.S.); (K.O.); (I.P.P.)
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Avenida da República, Quinta do Marquês, 2780-157 Oeiras, Portugal;
| | - Manuela Simões
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (C.C.P.); (I.C.L.); (M.S.); (P.L.); (M.F.P.); (C.G.); (D.F.); (F.H.R.)
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.C.R.); (J.M.N.S.); (A.B.); (J.M.); (A.R.-B.); (M.J.S.); (M.M.S.); (K.O.); (I.P.P.)
| | - Ana Sofia Almeida
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Avenida da República, Quinta do Marquês, 2780-157 Oeiras, Portugal;
| | - Paulo Legoinha
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (C.C.P.); (I.C.L.); (M.S.); (P.L.); (M.F.P.); (C.G.); (D.F.); (F.H.R.)
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.C.R.); (J.M.N.S.); (A.B.); (J.M.); (A.R.-B.); (M.J.S.); (M.M.S.); (K.O.); (I.P.P.)
| | - Maria Fernanda Pessoa
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (C.C.P.); (I.C.L.); (M.S.); (P.L.); (M.F.P.); (C.G.); (D.F.); (F.H.R.)
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.C.R.); (J.M.N.S.); (A.B.); (J.M.); (A.R.-B.); (M.J.S.); (M.M.S.); (K.O.); (I.P.P.)
| | - Carlos Galhano
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (C.C.P.); (I.C.L.); (M.S.); (P.L.); (M.F.P.); (C.G.); (D.F.); (F.H.R.)
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.C.R.); (J.M.N.S.); (A.B.); (J.M.); (A.R.-B.); (M.J.S.); (M.M.S.); (K.O.); (I.P.P.)
| | - Mauro A. M. Guerra
- LIBPhys, Physics Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.A.M.G.); (R.G.L.)
| | - Roberta G. Leitão
- LIBPhys, Physics Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (M.A.M.G.); (R.G.L.)
| | - José C. Ramalho
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.C.R.); (J.M.N.S.); (A.B.); (J.M.); (A.R.-B.); (M.J.S.); (M.M.S.); (K.O.); (I.P.P.)
- PlantStress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, 1349-017 Lisboa, Portugal;
| | - José Manuel N. Semedo
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.C.R.); (J.M.N.S.); (A.B.); (J.M.); (A.R.-B.); (M.J.S.); (M.M.S.); (K.O.); (I.P.P.)
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Avenida da República, Quinta do Marquês, 2780-157 Oeiras, Portugal;
| | - Ana Bagulho
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.C.R.); (J.M.N.S.); (A.B.); (J.M.); (A.R.-B.); (M.J.S.); (M.M.S.); (K.O.); (I.P.P.)
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I. P. (INIAV), Estrada de Gil Vaz 6, 7351-901 Elvas, Portugal
| | - José Moreira
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.C.R.); (J.M.N.S.); (A.B.); (J.M.); (A.R.-B.); (M.J.S.); (M.M.S.); (K.O.); (I.P.P.)
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I. P. (INIAV), Estrada de Gil Vaz 6, 7351-901 Elvas, Portugal
| | - Ana Paula Rodrigues
- PlantStress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, 1349-017 Lisboa, Portugal;
| | - Paula Marques
- Centro Operativo e Tecnológico do Arroz (COTARROZ), 2120-014 Salvaterra de Magos, Portugal; (P.M.); (C.S.)
| | - Cátia Silva
- Centro Operativo e Tecnológico do Arroz (COTARROZ), 2120-014 Salvaterra de Magos, Portugal; (P.M.); (C.S.)
| | - Ana Ribeiro-Barros
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.C.R.); (J.M.N.S.); (A.B.); (J.M.); (A.R.-B.); (M.J.S.); (M.M.S.); (K.O.); (I.P.P.)
- PlantStress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, 1349-017 Lisboa, Portugal;
| | - Maria José Silva
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.C.R.); (J.M.N.S.); (A.B.); (J.M.); (A.R.-B.); (M.J.S.); (M.M.S.); (K.O.); (I.P.P.)
- PlantStress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Instituto Superior Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, Av. República, 1349-017 Lisboa, Portugal;
| | - Maria Manuela Silva
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.C.R.); (J.M.N.S.); (A.B.); (J.M.); (A.R.-B.); (M.J.S.); (M.M.S.); (K.O.); (I.P.P.)
- ESEAG-COFAC, Avenida do Campo Grande 376, 1749-024 Lisboa, Portugal
| | - Karliana Oliveira
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.C.R.); (J.M.N.S.); (A.B.); (J.M.); (A.R.-B.); (M.J.S.); (M.M.S.); (K.O.); (I.P.P.)
- Instituto Politécnico de Beja (IPBeja), 7800-295 Beja, Portugal
| | - David Ferreira
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (C.C.P.); (I.C.L.); (M.S.); (P.L.); (M.F.P.); (C.G.); (D.F.); (F.H.R.)
| | - Isabel P. Pais
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.C.R.); (J.M.N.S.); (A.B.); (J.M.); (A.R.-B.); (M.J.S.); (M.M.S.); (K.O.); (I.P.P.)
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Avenida da República, Quinta do Marquês, 2780-157 Oeiras, Portugal;
| | - Fernando Henrique Reboredo
- Earth Sciences Department, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (F.C.L.); (A.R.F.C.); (C.C.P.); (I.C.L.); (M.S.); (P.L.); (M.F.P.); (C.G.); (D.F.); (F.H.R.)
- GeoBioTec Research Center, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Caparica, Portugal; (P.S.-C.); (J.C.R.); (J.M.N.S.); (A.B.); (J.M.); (A.R.-B.); (M.J.S.); (M.M.S.); (K.O.); (I.P.P.)
| |
Collapse
|
21
|
Dubberstein D, Lidon FC, Rodrigues AP, Semedo JN, Marques I, Rodrigues WP, Gouveia D, Armengaud J, Semedo MC, Martins S, Simões-Costa MC, Moura I, Pais IP, Scotti-Campos P, Partelli FL, Campostrini E, Ribeiro-Barros AI, DaMatta FM, Ramalho JC. Resilient and Sensitive Key Points of the Photosynthetic Machinery of Coffea spp. to the Single and Superimposed Exposure to Severe Drought and Heat Stresses. Front Plant Sci 2020; 11:1049. [PMID: 32733525 PMCID: PMC7363965 DOI: 10.3389/fpls.2020.01049] [Citation(s) in RCA: 14] [Impact Index Per Article: 3.5] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 03/28/2020] [Accepted: 06/25/2020] [Indexed: 05/23/2023]
Abstract
This study unveils the single and combined drought and heat impacts on the photosynthetic performance of Coffea arabica cv. Icatu and C. canephora cv. Conilon Clone 153 (CL153). Well-watered (WW) potted plants were gradually submitted to severe water deficit (SWD) along 20 days under adequate temperature (25/20°C, day/night), and thereafter exposed to a gradual temperature rise up to 42/30°C, followed by a 14-day water and temperature recovery. Single drought affected all gas exchanges (including Amax ) and most fluorescence parameters in both genotypes. However, Icatu maintained Fv/Fm and RuBisCO activity, and reinforced electron transport rates, carrier contents, and proton gradient regulation (PGR5) and chloroplast NADH dehydrogenase-like (NDH) complex proteins abundance. This suggested negligible non-stomatal limitations of photosynthesis that were accompanied by a triggering of protective cyclic electron transport (CEF) involving both photosystems (PSs). These findings contrasted with declines in RuBisCO and PSs activities, and cytochromes (b559 , f, b563 ) contents in CL153. Remarkable heat tolerance in potential photosynthetic functioning was detected in WW plants of both genotypes (up to 37/28°C or 39/30°C), likely associated with CEF in Icatu. Yet, at 42/30°C the tolerance limit was exceeded. Reduced Amax and increased Ci values reflected non-stomatal limitations of photosynthesis, agreeing with impairments in energy capture (F0 rise), PSII photochemical efficiency, and RuBisCO and Ru5PK activities. In contrast to PSs activities and electron carrier contents, enzyme activities were highly heat sensitive. Until 37/28°C, stresses interaction was largely absent, and drought played the major role in constraining photosynthesis functioning. Harsher conditions (SWD, 42/30°C) exacerbated impairments to PSs, enzymes, and electron carriers, but uncontrolled energy dissipation was mitigated by photoprotective mechanisms. Most parameters recovered fully between 4 and 14 days after stress relief in both genotypes, although some aftereffects persisted in SWD plants. Icatu was more drought tolerant, with WW and SWD plants usually showing a faster and/or greater recovery than CL153. Heat affected both genotypes mostly at 42/30°C, especially in SWD and Icatu plants. Overall, photochemical components were highly tolerant to heat and to stress interaction in contrast to enzymes that deserve special attention by breeding programs to increase coffee sustainability in climate change scenarios.
Collapse
Affiliation(s)
- Danielly Dubberstein
- PlantStress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Dept. Recursos Naturais, Ambiente e Território (DRAT), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Lisbon, Portugal
- Centro Univ. Norte do Espírito Santo (CEUNES), Dept. Ciências Agrárias e Biológicas (DCAB), Univ. Federal Espírito Santo (UFES), São Mateus, Brazil
| | - Fernando C. Lidon
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Caparica, Portugal
| | - Ana P. Rodrigues
- PlantStress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Dept. Recursos Naturais, Ambiente e Território (DRAT), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Lisbon, Portugal
| | - José N. Semedo
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Caparica, Portugal
- Unid. Investigação em Biotecnologia e Recursos Genéticos, Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Oeiras, Portugal
| | - Isabel Marques
- PlantStress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Dept. Recursos Naturais, Ambiente e Território (DRAT), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Lisbon, Portugal
| | - Weverton P. Rodrigues
- Setor Fisiologia Vegetal, Centro de Ciências e Tecnologias Agropecuárias, Univ. Estadual Norte Fluminense (UENF), Darcy Ribeiro, Brazil
- Centro de Ciências Agrárias, Naturais e Letras, Universidade Estadual da Região Tocantina do Maranhão, Estreito, Brazil
| | - Duarte Gouveia
- Laboratoire Innovations technologiques pour la Détection et le Diagnostic (Li2D), Service de Pharmacologie et Immunoanalyse (SPI), CEA, INRA, Bagnols-sur-Cèze, France
| | - Jean Armengaud
- Laboratoire Innovations technologiques pour la Détection et le Diagnostic (Li2D), Service de Pharmacologie et Immunoanalyse (SPI), CEA, INRA, Bagnols-sur-Cèze, France
| | - Magda C. Semedo
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Caparica, Portugal
- Área Departamental de Engenharia Química, Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, Instituto Politécnico de Lisboa, Lisboa, Portugal
| | - Sónia Martins
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Caparica, Portugal
- Área Departamental de Engenharia Química, Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, Instituto Politécnico de Lisboa, Lisboa, Portugal
| | - Maria C. Simões-Costa
- PlantStress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Dept. Recursos Naturais, Ambiente e Território (DRAT), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Lisbon, Portugal
| | - I. Moura
- PlantStress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Dept. Recursos Naturais, Ambiente e Território (DRAT), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Lisbon, Portugal
| | - Isabel P. Pais
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Caparica, Portugal
- Unid. Investigação em Biotecnologia e Recursos Genéticos, Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Oeiras, Portugal
| | - Paula Scotti-Campos
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Caparica, Portugal
- Unid. Investigação em Biotecnologia e Recursos Genéticos, Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Oeiras, Portugal
| | - Fábio L. Partelli
- Centro Univ. Norte do Espírito Santo (CEUNES), Dept. Ciências Agrárias e Biológicas (DCAB), Univ. Federal Espírito Santo (UFES), São Mateus, Brazil
| | - Eliemar Campostrini
- Setor Fisiologia Vegetal, Centro de Ciências e Tecnologias Agropecuárias, Univ. Estadual Norte Fluminense (UENF), Darcy Ribeiro, Brazil
| | - Ana I. Ribeiro-Barros
- PlantStress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Dept. Recursos Naturais, Ambiente e Território (DRAT), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Lisbon, Portugal
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Caparica, Portugal
| | - Fábio M. DaMatta
- Dept. Biologia Vegetal, Univ. Federal Viçosa (UFV), Viçosa, Brazil
| | - José C. Ramalho
- PlantStress & Biodiversity Lab, Centro de Estudos Florestais (CEF), Dept. Recursos Naturais, Ambiente e Território (DRAT), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Lisbon, Portugal
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências e Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Caparica, Portugal
| |
Collapse
|
22
|
Reboredo FH, Pelica J, Lidon FC, Ramalho JC, Pessoa MF, Calvão T, Simões M, Guerra M. Heavy metal content of edible plants collected close to an area of intense mining activity (southern Portugal). Environ Monit Assess 2018; 190:484. [PMID: 30039190 DOI: 10.1007/s10661-018-6844-7] [Citation(s) in RCA: 4] [Impact Index Per Article: 0.7] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 02/15/2018] [Accepted: 07/02/2018] [Indexed: 06/08/2023]
Abstract
The Neves-Corvo mining complex (MC) situated in southern Portugal exploits one of the most world's important copper deposits. Agricultural soils surrounding the MC, used by the inhabitants for crop production, contain excessive amounts of As, Cu, Pb, and Zn. Thus, a potential risk to human consumption exists if edible plants grow on these substrata. Arsenic and Pb were not detected in edible samples collected near the MC and 5 km away, but in the leaves-structural or adsorbed onto the surface. In general, Zn was the most mobile element in both contaminated and reference areas as seen by the bioaccumulation factors (BAF). The tolerable upper intake (TUI) values for Cu are a reason of concern, since in 57.1% of the cases, the TUI values are above the recommended upper limit of 5 mg/day, in the case of Ficus carica, Cucurbita pepo, and Phaseolus vulgaris, whereas in 28.6% of the cases, the TUI values are near this limit (C. pepo and Citrus x sinensis). The consumption of such vegetables from these areas must be banned or strongly reduced, since long-term accumulation of Cu can cause a chronic toxicity in humans.
Collapse
Affiliation(s)
- Fernando H Reboredo
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516, Caparica, Portugal.
| | - João Pelica
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516, Caparica, Portugal
| | - Fernando C Lidon
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516, Caparica, Portugal
| | - José C Ramalho
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516, Caparica, Portugal
- Plant Stress & Biodiversity, Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food, (LEAF), Dept. Recursos Naturais, Ambiente e Território (DRAT), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Quinta do Marquês, 2784-505, Oeiras, Portugal
| | - Maria F Pessoa
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516, Caparica, Portugal
| | - Teresa Calvão
- CENSE, Departamento de Ciências e Engenharia do Ambiente, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516, Caparica, Portugal
| | - Manuela Simões
- GeoBioTec, Departamento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516, Caparica, Portugal
| | - Mauro Guerra
- LIBPHYS, Departamento de Física, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516, Caparica, Portugal
| |
Collapse
|
23
|
Ramalho JC, Rodrigues AP, Lidon FC, Marques LMC, Leitão AE, Fortunato AS, Pais IP, Silva MJ, Scotti-Campos P, Lopes A, Reboredo FH, Ribeiro-Barros AI. Stress cross-response of the antioxidative system promoted by superimposed drought and cold conditions in Coffea spp. PLoS One 2018; 13:e0198694. [PMID: 29870563 PMCID: PMC5988331 DOI: 10.1371/journal.pone.0198694] [Citation(s) in RCA: 23] [Impact Index Per Article: 3.8] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 02/22/2018] [Accepted: 05/23/2018] [Indexed: 12/18/2022] Open
Abstract
The understanding of acclimation strategies to low temperature and water availability is decisive to ensure coffee crop sustainability, since these environmental conditions determine the suitability of cultivation areas. In this context, the impacts of single and combined exposure to drought and cold were evaluated in three genotypes of the two major cropped species, Coffea arabica cv. Icatu, Coffea canephora cv. Apoatã, and the hybrid Obatã. Crucial traits of plant resilience to environmental stresses have been examined: photosynthesis, lipoperoxidation and the antioxidant response. Drought and/or cold promoted leaf dehydration, which was accompanied by stomatal and mesophyll limitations that impaired leaf C-assimilation in all genotypes. However, Icatu showed a lower impact upon stress exposure and a faster and complete photosynthetic recovery. Although lipoperoxidation was increased by drought (Icatu) and cold (all genotypes), it was greatly reduced by stress interaction, especially in Icatu. In fact, although the antioxidative system was reinforced under single drought and cold exposure (e.g., activity of enzymes as Cu,Zn-superoxide dismutase, ascorbate peroxidase, APX, glutathione reductase and catalase, CAT), the stronger increases were observed upon the simultaneous exposure to both stresses, which was accompanied with a transcriptional response of some genes, namely related to APX. Complementary, non-enzyme antioxidant molecules were promoted mostly by cold and the stress interaction, including α-tocopherol (in C. arabica plants), ascorbate (ASC), zeaxanthin, and phenolic compounds (all genotypes). In general, drought promoted antioxidant enzymes activity, whereas cold enhanced the synthesis of both enzyme and non-enzyme antioxidants, the latter likely related to a higher need of antioxidative capability when enzyme reactions were probably quite repressed by low temperature. Icatu showed the wider antioxidative capability, with the triggering of all studied antioxidative molecules by drought (except CAT), cold, and, particularly, stress interaction (except ASC), revealing a clear stress cross-tolerance. This justified the lower impacts on membrane lipoperoxidation and photosynthetic capacity under stress interaction conditions, related to a better ROS control. These findings are also relevant to coffee water management, showing that watering in the cold season should be largely avoided.
Collapse
Affiliation(s)
- José C. Ramalho
- Plant-Environment Interactions & Biodiversity Lab (PlantStress&Biodiversity), Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food Unit (LEAF), Dept. Recursos Naturais, Ambiente e Território (DRAT), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Oeiras, Portugal
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Caparica, Portugal
| | - Ana P. Rodrigues
- Plant-Environment Interactions & Biodiversity Lab (PlantStress&Biodiversity), Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food Unit (LEAF), Dept. Recursos Naturais, Ambiente e Território (DRAT), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Oeiras, Portugal
| | - Fernando C. Lidon
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Caparica, Portugal
| | - Luís M. C. Marques
- Colóides Polimeros e Superficies, Instituto de Tecnologia Química e Biológica (ITQB), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Oeiras, Portugal
| | - A. Eduardo Leitão
- Plant-Environment Interactions & Biodiversity Lab (PlantStress&Biodiversity), Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food Unit (LEAF), Dept. Recursos Naturais, Ambiente e Território (DRAT), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Oeiras, Portugal
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Caparica, Portugal
| | - Ana S. Fortunato
- Plant-Environment Interactions & Biodiversity Lab (PlantStress&Biodiversity), Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food Unit (LEAF), Dept. Recursos Naturais, Ambiente e Território (DRAT), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Oeiras, Portugal
| | - Isabel P. Pais
- Unid. Investigação em Biotecnologia e Recursos Genéticos, Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Oeiras, Portugal
| | - Maria J. Silva
- Plant-Environment Interactions & Biodiversity Lab (PlantStress&Biodiversity), Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food Unit (LEAF), Dept. Recursos Naturais, Ambiente e Território (DRAT), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Oeiras, Portugal
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Caparica, Portugal
| | - Paula Scotti-Campos
- Unid. Investigação em Biotecnologia e Recursos Genéticos, Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Oeiras, Portugal
| | - António Lopes
- Colóides Polimeros e Superficies, Instituto de Tecnologia Química e Biológica (ITQB), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Oeiras, Portugal
| | - F. H. Reboredo
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Caparica, Portugal
| | - Ana I. Ribeiro-Barros
- Plant-Environment Interactions & Biodiversity Lab (PlantStress&Biodiversity), Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food Unit (LEAF), Dept. Recursos Naturais, Ambiente e Território (DRAT), Instituto Superior de Agronomia (ISA), Universidade de Lisboa (ULisboa), Oeiras, Portugal
- Unidade de Geobiociências, Geoengenharias e Geotecnologias (GeoBioTec), Faculdade de Ciências Tecnologia (FCT), Universidade NOVA de Lisboa (UNL), Caparica, Portugal
| |
Collapse
|
24
|
Martins MQ, Fortunato AS, Rodrigues WP, Partelli FL, Campostrini E, Lidon FC, DaMatta FM, Ramalho JC, Ribeiro-Barros AI. Selection and Validation of Reference Genes for Accurate RT-qPCR Data Normalization in Coffea spp. under a Climate Changes Context of Interacting Elevated [CO 2] and Temperature. Front Plant Sci 2017; 8:307. [PMID: 28326094 PMCID: PMC5339599 DOI: 10.3389/fpls.2017.00307] [Citation(s) in RCA: 10] [Impact Index Per Article: 1.4] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/22/2016] [Accepted: 02/20/2017] [Indexed: 05/12/2023]
Abstract
World coffee production has faced increasing challenges associated with ongoing climatic changes. Several studies, which have been almost exclusively based on temperature increase, have predicted extensive reductions (higher than half by 2,050) of actual coffee cropped areas. However, recent studies showed that elevated [CO2] can strongly mitigate the negative impacts of heat stress at the physiological and biochemical levels in coffee leaves. In addition, it has also been shown that coffee genotypes can successfully cope with temperatures above what has been traditionally accepted. Altogether, this information suggests that the real impact of climate changes on coffee growth and production could be significantly lower than previously estimated. Gene expression studies are an important tool to unravel crop acclimation ability, demanding the use of adequate reference genes. We have examined the transcript stability of 10 candidate reference genes to normalize RT-qPCR expression studies using a set of 24 cDNAs from leaves of three coffee genotypes (CL153, Icatu, and IPR108), grown under 380 or 700 μL CO2 L-1, and submitted to increasing temperatures from 25/20°C (day/night) to 42/34°C. Samples were analyzed according to genotype, [CO2], temperature, multiple stress interaction ([CO2], temperature) and total stress interaction (genotype, [CO2], and temperature). The transcript stability of each gene was assessed through a multiple analytical approach combining the Coeficient of Variation method and three algorithms (geNorm, BestKeeper, NormFinder). The transcript stability varied according to the type of stress for most genes, but the consensus ranking obtained with RefFinder, classified MDH as the gene with the highest mRNA stability to a global use, followed by ACT and S15, whereas α-TUB and CYCL showed the least stable mRNA contents. Using the coffee expression profiles of the gene encoding the large-subunit of ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (RLS), results from the in silico aggregation and experimental validation of the best number of reference genes showed that two reference genes are adequate to normalize RT-qPCR data. Altogether, this work highlights the importance of an adequate selection of reference genes for each single or combined experimental condition and constitutes the basis to accurately study molecular responses of Coffea spp. in a context of climate changes and global warming.
Collapse
Affiliation(s)
- Madlles Q. Martins
- Plant-Environment Interactions and Biodiversity Lab (PlantStress&Biodiversity), Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food, Departmento de Recursos Naturais, Ambiente e Território, Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa (ULisboa)Oeiras, Portugal
- Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento, Centro de Ciências Agrárias e Engenharias, Universidade Federal do Espírito SantoAlegre, Brazil
| | - Ana S. Fortunato
- Plant-Environment Interactions and Biodiversity Lab (PlantStress&Biodiversity), Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food, Departmento de Recursos Naturais, Ambiente e Território, Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa (ULisboa)Oeiras, Portugal
| | - Weverton P. Rodrigues
- Plant-Environment Interactions and Biodiversity Lab (PlantStress&Biodiversity), Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food, Departmento de Recursos Naturais, Ambiente e Território, Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa (ULisboa)Oeiras, Portugal
- Setor Fisiologia Vegetal, Centro de Ciências e Tecnologias Agropecuárias, Universidade Estadual Norte Fluminense-Darcy RibeiroRio de Janeiro, Brazil
| | - Fábio L. Partelli
- Departmento de Ciências Agrárias e Biológicas, Centro Universitário Norte do Espírito Santo, Universidade Federal Espírito SantoSão Mateus, Brazil
| | - Eliemar Campostrini
- Setor Fisiologia Vegetal, Centro de Ciências e Tecnologias Agropecuárias, Universidade Estadual Norte Fluminense-Darcy RibeiroRio de Janeiro, Brazil
| | - Fernando C. Lidon
- GeoBioTec, Departmento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de LisboaMonte da Caparica, Portugal
| | - Fábio M. DaMatta
- Departmento de Biologia Vegetal, Universidade Federal ViçosaViçosa, Brazil
| | - José C. Ramalho
- Plant-Environment Interactions and Biodiversity Lab (PlantStress&Biodiversity), Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food, Departmento de Recursos Naturais, Ambiente e Território, Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa (ULisboa)Oeiras, Portugal
- GeoBioTec, Departmento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de LisboaMonte da Caparica, Portugal
- *Correspondence: José C. Ramalho ;
| | - Ana I. Ribeiro-Barros
- Plant-Environment Interactions and Biodiversity Lab (PlantStress&Biodiversity), Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food, Departmento de Recursos Naturais, Ambiente e Território, Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa (ULisboa)Oeiras, Portugal
- GeoBioTec, Departmento de Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade NOVA de LisboaMonte da Caparica, Portugal
| |
Collapse
|
25
|
Scotti-Campos P, Duro N, Costa MD, Pais IP, Rodrigues AP, Batista-Santos P, Semedo JN, Leitão AE, Lidon FC, Pawlowski K, Ramalho JC, Ribeiro-Barros AI. Antioxidative ability and membrane integrity in salt-induced responses of Casuarina glauca Sieber ex Spreng. in symbiosis with N2-fixing Frankia Thr or supplemented with mineral nitrogen. J Plant Physiol 2016; 196-197:60-9. [PMID: 27070734 DOI: 10.1016/j.jplph.2016.03.012] [Citation(s) in RCA: 7] [Impact Index Per Article: 0.9] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 11/23/2015] [Revised: 03/22/2016] [Accepted: 03/23/2016] [Indexed: 05/15/2023]
Abstract
The actinorhizal tree Casuarina glauca tolerates extreme environmental conditions, such as high salinity. This species is also able to establish a root-nodule symbiosis with N2-fixing bacteria of the genus Frankia. Recent studies have shown that C. glauca tolerance to high salt concentrations is innate and linked to photosynthetic adjustments. In this study we have examined the impact of increasing NaCl concentrations (200, 400 and 600mM) on membrane integrity as well as on the control of oxidative stress in branchlets of symbiotic (NOD+) and non-symbiotic (KNO3+) C. glauca. Membrane selectivity was maintained in both plant groups at 200mM NaCl, accompanied by an increase in the activity of antioxidative enzymes (superoxide dismutase, ascorbate peroxidase, glutathione reductase and catalase). Regarding cellular membrane lipid composition, linolenic acid (C18:3) showed a significant decline at 200mM NaCl in both NOD+ and KNO3+ plants. In addition, total fatty acids (TFA) and C18:2 also decreased in NOD+ plants at this salt concentration, resulting in malondialdehyde (MDA) production. Such initial impact at 200mM NaCl is probably due to the fact that NOD+ plants are subjected to a double stress, i.e., salinity and low nitrogen availability. At 400mM NaCl a strong reduction of TFA and C18:3 levels was observed in both plant groups. This was accompanied by a decrease in the unsaturation degree of membrane lipids in NOD+. However, in both NOD+ and KNO3+ lipid modifications were not reflected by membrane leakage at 200 or 400mM, suggesting acclimation mechanisms at the membrane level. The fact that membrane selectivity was impaired only at 600mM NaCl in both groups of plants points to a high tolerance of C. glauca to salt stress independently of the symbiotic relation with Frankia.
Collapse
Affiliation(s)
- Paula Scotti-Campos
- Unidade de Biotecnologia e Recursos Genéticos, Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal; GeoBioTec, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Quinta da Torre, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Nuno Duro
- Plant Stress & Biodiversity Group, LEAF-Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food, School of Agriculture, University of Lisbon, Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal; Instituto de Tecnologia Química e Biológica, Universidade Nova de Lisboa, Av. República, Quinta do Marquês, 2780-157 Oeiras, Portugal
| | - Mário da Costa
- Plant Stress & Biodiversity Group, LEAF-Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food, School of Agriculture, University of Lisbon, Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal; Instituto de Tecnologia Química e Biológica, Universidade Nova de Lisboa, Av. República, Quinta do Marquês, 2780-157 Oeiras, Portugal
| | - Isabel P Pais
- Unidade de Biotecnologia e Recursos Genéticos, Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal
| | - Ana P Rodrigues
- Plant Stress & Biodiversity Group, LEAF-Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food, School of Agriculture, University of Lisbon, Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal
| | - Paula Batista-Santos
- Plant Stress & Biodiversity Group, LEAF-Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food, School of Agriculture, University of Lisbon, Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal
| | - José N Semedo
- Unidade de Biotecnologia e Recursos Genéticos, Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal
| | - A Eduardo Leitão
- GeoBioTec, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Quinta da Torre, 2829-516 Caparica, Portugal; Plant Stress & Biodiversity Group, LEAF-Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food, School of Agriculture, University of Lisbon, Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal
| | - Fernando C Lidon
- GeoBioTec, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Quinta da Torre, 2829-516 Caparica, Portugal
| | - Katharina Pawlowski
- Department of Ecology, Environment and Plant Sciences, Stockholm University, 10691 Stockholm, Sweden
| | - José C Ramalho
- GeoBioTec, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Quinta da Torre, 2829-516 Caparica, Portugal; Plant Stress & Biodiversity Group, LEAF-Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food, School of Agriculture, University of Lisbon, Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal
| | - Ana I Ribeiro-Barros
- GeoBioTec, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Quinta da Torre, 2829-516 Caparica, Portugal; Plant Stress & Biodiversity Group, LEAF-Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food, School of Agriculture, University of Lisbon, Quinta do Marquês, Av. República, 2784-505 Oeiras, Portugal; Instituto de Tecnologia Química e Biológica, Universidade Nova de Lisboa, Av. República, Quinta do Marquês, 2780-157 Oeiras, Portugal.
| |
Collapse
|
26
|
Rodrigues WP, Martins MQ, Fortunato AS, Rodrigues AP, Semedo JN, Simões-Costa MC, Pais IP, Leitão AE, Colwell F, Goulao L, Máguas C, Maia R, Partelli FL, Campostrini E, Scotti-Campos P, Ribeiro-Barros AI, Lidon FC, DaMatta FM, Ramalho JC. Long-term elevated air [CO2 ] strengthens photosynthetic functioning and mitigates the impact of supra-optimal temperatures in tropical Coffea arabica and C. canephora species. Glob Chang Biol 2016; 22:415-31. [PMID: 26363182 DOI: 10.1111/gcb.13088] [Citation(s) in RCA: 67] [Impact Index Per Article: 8.4] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/02/2015] [Revised: 09/07/2015] [Accepted: 09/08/2015] [Indexed: 05/05/2023]
Abstract
The tropical coffee crop has been predicted to be threatened by future climate changes and global warming. However, the real biological effects of such changes remain unknown. Therefore, this work aims to link the physiological and biochemical responses of photosynthesis to elevated air [CO2 ] and temperature in cultivated genotypes of Coffea arabica L. (cv. Icatu and IPR108) and Coffea canephora cv. Conilon CL153. Plants were grown for ca. 10 months at 25/20°C (day/night) and 380 or 700 μl CO2 l(-1) and then subjected to temperature increase (0.5°C day(-1) ) to 42/34°C. Leaf impacts related to stomatal traits, gas exchanges, C isotope composition, fluorescence parameters, thylakoid electron transport and enzyme activities were assessed at 25/20, 31/25, 37/30 and 42/34°C. The results showed that (1) both species were remarkably heat tolerant up to 37/30°C, but at 42/34°C a threshold for irreversible nonstomatal deleterious effects was reached. Impairments were greater in C. arabica (especially in Icatu) and under normal [CO2 ]. Photosystems and thylakoid electron transport were shown to be quite heat tolerant, contrasting to the enzymes related to energy metabolism, including RuBisCO, which were the most sensitive components. (2) Significant stomatal trait modifications were promoted almost exclusively by temperature and were species dependent. Elevated [CO2 ], (3) strongly mitigated the impact of temperature on both species, particularly at 42/34°C, modifying the response to supra-optimal temperatures, (4) promoted higher water-use efficiency under moderately higher temperature (31/25°C) and (5) did not provoke photosynthetic downregulation. Instead, enhancements in [CO2 ] strengthened photosynthetic photochemical efficiency, energy use and biochemical functioning at all temperatures. Our novel findings demonstrate a relevant heat resilience of coffee species and that elevated [CO2 ] remarkably mitigated the impact of heat on coffee physiology, therefore playing a key role in this crop sustainability under future climate change scenarios.
Collapse
Affiliation(s)
- Weverton P Rodrigues
- Grupo Interações Planta-Ambiente & Biodiversidade (PlantStress&Biodiversity), Instituto Investigação Científica Tropical, I.P. (IICT), Qta. Marquês, Av. República, Oeiras, 2784-505, Portugal
- Setor Fisiologia Vegetal, Centro de Ciências e Tecnologias Agropecuárias, Univ. Estadual Norte Fluminense (UENF), Darcy Ribeiro, RJ, Brazil
| | - Madlles Q Martins
- Grupo Interações Planta-Ambiente & Biodiversidade (PlantStress&Biodiversity), Instituto Investigação Científica Tropical, I.P. (IICT), Qta. Marquês, Av. República, Oeiras, 2784-505, Portugal
- Centro Univ. Norte do Espírito Santo (CEUNES), Dept. Ciências Agrárias e Biológicas (DCAB), Univ. Federal Espírito Santo (UFES), Rod. BR 101 Norte, Km. 60, Bairro Litorâneo, CEP: 29932-540, São Mateus, ES, Brazil
| | - Ana S Fortunato
- Grupo Interações Planta-Ambiente & Biodiversidade (PlantStress&Biodiversity), Instituto Investigação Científica Tropical, I.P. (IICT), Qta. Marquês, Av. República, Oeiras, 2784-505, Portugal
- Grupo Interações Planta-Ambiente & Biodiversidade (PlantStress&Biodiversity) and Centro de Estudos Florestais, Instituto Superior Agronomia, Univ. Lisboa, Tapada da Ajuda, Lisboa, 1349-017, Portugal
| | - Ana P Rodrigues
- Grupo Interações Planta-Ambiente & Biodiversidade (PlantStress&Biodiversity) and Centro de Estudos Florestais, Instituto Superior Agronomia, Univ. Lisboa, Tapada da Ajuda, Lisboa, 1349-017, Portugal
| | - José N Semedo
- Unid. Investigação em Biotecnologia e Recursos Genéticos, Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Qta. Marquês, Av. República, Oeiras, 2784-505, Portugal
| | - Maria C Simões-Costa
- Grupo Interações Planta-Ambiente & Biodiversidade (PlantStress&Biodiversity), Instituto Investigação Científica Tropical, I.P. (IICT), Qta. Marquês, Av. República, Oeiras, 2784-505, Portugal
- Grupo Interações Planta-Ambiente & Biodiversidade (PlantStress&Biodiversity) and Centro de Estudos Florestais, Instituto Superior Agronomia, Univ. Lisboa, Tapada da Ajuda, Lisboa, 1349-017, Portugal
| | - Isabel P Pais
- Unid. Investigação em Biotecnologia e Recursos Genéticos, Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Qta. Marquês, Av. República, Oeiras, 2784-505, Portugal
| | - António E Leitão
- Grupo Interações Planta-Ambiente & Biodiversidade (PlantStress&Biodiversity), Instituto Investigação Científica Tropical, I.P. (IICT), Qta. Marquês, Av. República, Oeiras, 2784-505, Portugal
- Grupo Interações Planta-Ambiente & Biodiversidade (PlantStress&Biodiversity) and Centro de Estudos Florestais, Instituto Superior Agronomia, Univ. Lisboa, Tapada da Ajuda, Lisboa, 1349-017, Portugal
- GeoBioTec, Fac. Ciências Tecnologia, Univ. Nova Lisboa, Caparica, 2829-516, Portugal
| | - Filipe Colwell
- Grupo Interações Planta-Ambiente & Biodiversidade (PlantStress&Biodiversity), Instituto Investigação Científica Tropical, I.P. (IICT), Qta. Marquês, Av. República, Oeiras, 2784-505, Portugal
- Grupo Interações Planta-Ambiente & Biodiversidade (PlantStress&Biodiversity) and Centro de Estudos Florestais, Instituto Superior Agronomia, Univ. Lisboa, Tapada da Ajuda, Lisboa, 1349-017, Portugal
| | - Luis Goulao
- Grupo Interações Planta-Ambiente & Biodiversidade (PlantStress&Biodiversity), Instituto Investigação Científica Tropical, I.P. (IICT), Qta. Marquês, Av. República, Oeiras, 2784-505, Portugal
| | - Cristina Máguas
- Centre for Ecology, Evolution and Environmental Changes (cE3c), Faculty Sciences, Univ. Lisbon, Campo Grande, Lisboa, 1749-016, Portugal
| | - Rodrigo Maia
- Centre for Ecology, Evolution and Environmental Changes (cE3c), Faculty Sciences, Univ. Lisbon, Campo Grande, Lisboa, 1749-016, Portugal
| | - Fábio L Partelli
- Centro Univ. Norte do Espírito Santo (CEUNES), Dept. Ciências Agrárias e Biológicas (DCAB), Univ. Federal Espírito Santo (UFES), Rod. BR 101 Norte, Km. 60, Bairro Litorâneo, CEP: 29932-540, São Mateus, ES, Brazil
| | - Eliemar Campostrini
- Setor Fisiologia Vegetal, Centro de Ciências e Tecnologias Agropecuárias, Univ. Estadual Norte Fluminense (UENF), Darcy Ribeiro, RJ, Brazil
| | - Paula Scotti-Campos
- Unid. Investigação em Biotecnologia e Recursos Genéticos, Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Qta. Marquês, Av. República, Oeiras, 2784-505, Portugal
| | - Ana I Ribeiro-Barros
- Grupo Interações Planta-Ambiente & Biodiversidade (PlantStress&Biodiversity), Instituto Investigação Científica Tropical, I.P. (IICT), Qta. Marquês, Av. República, Oeiras, 2784-505, Portugal
- Grupo Interações Planta-Ambiente & Biodiversidade (PlantStress&Biodiversity) and Centro de Estudos Florestais, Instituto Superior Agronomia, Univ. Lisboa, Tapada da Ajuda, Lisboa, 1349-017, Portugal
- GeoBioTec, Fac. Ciências Tecnologia, Univ. Nova Lisboa, Caparica, 2829-516, Portugal
| | - Fernando C Lidon
- GeoBioTec, Fac. Ciências Tecnologia, Univ. Nova Lisboa, Caparica, 2829-516, Portugal
| | - Fábio M DaMatta
- Dept. Biologia Vegetal, Univ. Federal Viçosa (UFV), Viçosa, 36570-000, MG, Brazil
| | - José C Ramalho
- Grupo Interações Planta-Ambiente & Biodiversidade (PlantStress&Biodiversity), Instituto Investigação Científica Tropical, I.P. (IICT), Qta. Marquês, Av. República, Oeiras, 2784-505, Portugal
- Grupo Interações Planta-Ambiente & Biodiversidade (PlantStress&Biodiversity) and Centro de Estudos Florestais, Instituto Superior Agronomia, Univ. Lisboa, Tapada da Ajuda, Lisboa, 1349-017, Portugal
- GeoBioTec, Fac. Ciências Tecnologia, Univ. Nova Lisboa, Caparica, 2829-516, Portugal
| |
Collapse
|
27
|
Batista-Santos P, Duro N, Rodrigues AP, Semedo JN, Alves P, da Costa M, Graça I, Pais IP, Scotti-Campos P, Lidon FC, Leitão AE, Pawlowski K, Ribeiro-Barros AI, Ramalho JC. Is salt stress tolerance in Casuarina glauca Sieb. ex Spreng. associated with its nitrogen-fixing root-nodule symbiosis? An analysis at the photosynthetic level. Plant Physiol Biochem 2015; 96:97-109. [PMID: 26245981 DOI: 10.1016/j.plaphy.2015.07.021] [Citation(s) in RCA: 16] [Impact Index Per Article: 1.8] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 02/27/2015] [Revised: 07/20/2015] [Accepted: 07/20/2015] [Indexed: 05/15/2023]
Abstract
Casuarina glauca is an actinorhizal tree which establishes root-nodule symbiosis with N2-fixing Frankia bacteria. This plant is commonly found in saline zones and is widely used to remediate marginal soils and prevent desertification. The nature of its ability to survive in extreme environments and the extent of Frankia contribution to stress tolerance remain unknown. Thus, we evaluated the ability of C. glauca to cope with salt stress and the influence of the symbiosis on this trait. To this end, we analysed the impact of salt on plant growth, mineral contents, water relations, photosynthetic-related parameters and non-structural sugars in nodulated vs. non-nodulated plants. Although the effects on photosynthesis and stomatal conductance started to become measurable in the presence of 200 mM NaCl, photochemical (e.g., photosynthetic electron flow) and biochemical (e.g., activity of photosynthetic enzymes) parameters were only strongly impaired when NaCl levels reached 600 mM. These results indicate the maintenance of high tissue hydration under salt stress, probably associated with enhanced osmotic potential. Furthermore, the maintenance of photosynthetic assimilation potential (A(max)), together with the increase in the quantum yield of down-regulated energy dissipation of PSII (Y(NPQ)), suggested a down-regulation of photosynthesis instead of photo-damaging effects. A comparison of the impact of increasing NaCl levels on the activities of photosynthetic (RubisCO and ribulose-5 phosphate kinase) and respiratory (pyruvate kinase and NADH-dependent malate dehydrogenase) enzymes vs. photosynthetic electron flow and fluorescence parameters, revealed that biochemical impairments are more limiting than photochemical damage. Altogether, these results indicate that, under controlled conditions, C. glauca tolerates high NaCl levels and that this capacity is linked to photosynthetic adjustments.
Collapse
Affiliation(s)
- Paula Batista-Santos
- Grupo Interações Planta-Ambiente & Biodiversidade (PlantStress&Biodiversity), Instituto de Investigação Científica Tropical, Universidade de Lisboa, Av. República, Quinta do Marquês, 2784-505 Oeiras, Portugal.
| | - Nuno Duro
- Grupo Interações Planta-Ambiente & Biodiversidade (PlantStress&Biodiversity), Instituto de Investigação Científica Tropical, Universidade de Lisboa, Av. República, Quinta do Marquês, 2784-505 Oeiras, Portugal; Instituto de Tecnologia Química e Biológica, Universidade Nova de Lisboa, Av. República, Quinta do Marquês, 2780-157, Oeiras, Portugal.
| | - Ana P Rodrigues
- Centro de Estudos Florestais, Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa, Tapada da Ajuda, 1349-017 Lisboa, Portugal.
| | - José N Semedo
- Unidade Estratégica de Investigação e Serviços de Biotecnologia e Recursos Genéticos, Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Av. República, Quinta do Marquês, 2784-505 Oeiras, Portugal.
| | - Paula Alves
- Grupo Interações Planta-Ambiente & Biodiversidade (PlantStress&Biodiversity), Instituto de Investigação Científica Tropical, Universidade de Lisboa, Av. República, Quinta do Marquês, 2784-505 Oeiras, Portugal.
| | - Mário da Costa
- Grupo Interações Planta-Ambiente & Biodiversidade (PlantStress&Biodiversity), Instituto de Investigação Científica Tropical, Universidade de Lisboa, Av. República, Quinta do Marquês, 2784-505 Oeiras, Portugal; Instituto de Tecnologia Química e Biológica, Universidade Nova de Lisboa, Av. República, Quinta do Marquês, 2780-157, Oeiras, Portugal.
| | - Inês Graça
- Grupo Interações Planta-Ambiente & Biodiversidade (PlantStress&Biodiversity), Instituto de Investigação Científica Tropical, Universidade de Lisboa, Av. República, Quinta do Marquês, 2784-505 Oeiras, Portugal.
| | - Isabel P Pais
- Unidade Estratégica de Investigação e Serviços de Biotecnologia e Recursos Genéticos, Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Av. República, Quinta do Marquês, 2784-505 Oeiras, Portugal.
| | - Paula Scotti-Campos
- Unidade Estratégica de Investigação e Serviços de Biotecnologia e Recursos Genéticos, Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P. (INIAV), Av. República, Quinta do Marquês, 2784-505 Oeiras, Portugal.
| | - Fernando C Lidon
- GeoBioTec, Departamento Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Monte de Caparica, Portugal.
| | - António E Leitão
- Grupo Interações Planta-Ambiente & Biodiversidade (PlantStress&Biodiversity), Instituto de Investigação Científica Tropical, Universidade de Lisboa, Av. República, Quinta do Marquês, 2784-505 Oeiras, Portugal; GeoBioTec, Departamento Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Monte de Caparica, Portugal.
| | - Katharina Pawlowski
- Department of Ecology, Environment and Plant Sciences, Stockholm University, 106 91 Stockholm, Sweden.
| | - Ana I Ribeiro-Barros
- Grupo Interações Planta-Ambiente & Biodiversidade (PlantStress&Biodiversity), Instituto de Investigação Científica Tropical, Universidade de Lisboa, Av. República, Quinta do Marquês, 2784-505 Oeiras, Portugal; Instituto de Tecnologia Química e Biológica, Universidade Nova de Lisboa, Av. República, Quinta do Marquês, 2780-157, Oeiras, Portugal.
| | - José C Ramalho
- Grupo Interações Planta-Ambiente & Biodiversidade (PlantStress&Biodiversity), Instituto de Investigação Científica Tropical, Universidade de Lisboa, Av. República, Quinta do Marquês, 2784-505 Oeiras, Portugal; GeoBioTec, Departamento Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Campus da Caparica, 2829-516 Monte de Caparica, Portugal.
| |
Collapse
|
28
|
Ramalho JC, Zlatev ZS, Leitão AE, Pais IP, Fortunato AS, Lidon FC. Moderate water stress causes different stomatal and non-stomatal changes in the photosynthetic functioning of Phaseolus vulgaris L. genotypes. Plant Biol (Stuttg) 2014; 16:133-46. [PMID: 23647987 DOI: 10.1111/plb.12018] [Citation(s) in RCA: 20] [Impact Index Per Article: 2.0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 10/26/2012] [Accepted: 01/16/2013] [Indexed: 05/05/2023]
Abstract
The impact of moderate water deficit on the photosynthetic apparatus of three Phaseolus vulgaris L. cultivars, Plovdiv 10 (P10), Dobrudjanski Ran (DR) and Prelom (Prel), was investigated. Water shortage had less impact on leaf hydration, RWC (predawn and midday) and predawn water potential in Prel. RWC and Ψ(p) were more reduced in P10, while there was no osmotic adjustment in any cultivar. Although drought drastically reduced stomatal opening in P10 and DR, reduced A(max) indicated non-stomatal limitations that contributed to the negligible P(n). These limitations were on potential thylakoid electron transport rates of PSI and II, pointing to photosystem functioning as a major limiting step in photosynthesis. This agrees with decreases in actual photochemical efficiency of PSII (F(v)'/F(m)'), quantum yield of photosynthetic non-cyclic electron transport (ϕ(e)) and energy-driven photochemical events (q(P)), although the impact on these parameters would also include down-regulation processes. When compared to DR, Prel retained a higher functional state of the photosynthetic machinery, justifying reduced need for photoprotective mechanisms (non-photochemical quenching, zeaxanthin, lutein, β-carotene) and maintenance of the balance between energy capture and dissipative pigments. The highest increases in fructose, glucose, arabinose and sorbitol in Prel might be related to tolerance to a lower oxidative state. All cultivars had reduced A(max) due to daytime stomatal closure in well-watered conditions. Under moderate drought, Prel had highest tolerance, higher leaf hydration and maintenance of important photochemical use of energy. However, water shortage caused appreciable non-stomatal limitations to photosynthesis linked to regulation/imbalance at the metabolic level (and growth) in all cultivars. This included damage, as reflected in decreased potential photosystem functioning, pointing to higher sensitivity of photosynthesis to drought than is commonly assumed.
Collapse
Affiliation(s)
- J C Ramalho
- Grupo Interações Planta-Ambiente, Centro Ambiente, Agricultura e Desenvolvimento/Instituto de Investigação Científica Tropical, I.P. (BioTrop/IICT), Oeiras, Portugal
| | - Z S Zlatev
- Department of Plant Physiology and Biochemistry, Agricultural University of Plovdiv, Plovdiv, Bulgaria
| | - A E Leitão
- Grupo Interações Planta-Ambiente, Centro Ambiente, Agricultura e Desenvolvimento/Instituto de Investigação Científica Tropical, I.P. (BioTrop/IICT), Oeiras, Portugal
| | - I P Pais
- URGEMP/Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., Oeiras, Portugal
| | - A S Fortunato
- Grupo Interações Planta-Ambiente, Centro Ambiente, Agricultura e Desenvolvimento/Instituto de Investigação Científica Tropical, I.P. (BioTrop/IICT), Oeiras, Portugal
| | - F C Lidon
- Department of Ciências e Tecnologia da Biomassa, Fac. Ciências e Tecnologia, University of Nova de Lisboa, Monte de Caparica, Portugal
| |
Collapse
|
29
|
Ramalho JC, Rodrigues AP, Semedo JN, Pais IP, Martins LD, Simões-Costa MC, Leitão AE, Fortunato AS, Batista-Santos P, Palos IM, Tomaz MA, Scotti-Campos P, Lidon FC, DaMatta FM. Sustained photosynthetic performance of Coffea spp. under long-term enhanced [CO2]. PLoS One 2013; 8:e82712. [PMID: 24324823 PMCID: PMC3855777 DOI: 10.1371/journal.pone.0082712] [Citation(s) in RCA: 41] [Impact Index Per Article: 3.7] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [MESH Headings] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/25/2013] [Accepted: 10/28/2013] [Indexed: 11/18/2022] Open
Abstract
Coffee is one of the world's most traded agricultural products. Modeling studies have predicted that climate change will have a strong impact on the suitability of current cultivation areas, but these studies have not anticipated possible mitigating effects of the elevated atmospheric [CO2] because no information exists for the coffee plant. Potted plants from two genotypes of Coffea arabica and one of C. canephora were grown under controlled conditions of irradiance (800 μmol m(-2) s(-1)), RH (75%) and 380 or 700 μL CO2 L(-1) for 1 year, without water, nutrient or root development restrictions. In all genotypes, the high [CO2] treatment promoted opposite trends for stomatal density and size, which decreased and increased, respectively. Regardless of the genotype or the growth [CO2], the net rate of CO2 assimilation increased (34-49%) when measured at 700 than at 380 μL CO2 L(-1). This result, together with the almost unchanged stomatal conductance, led to an instantaneous water use efficiency increase. The results also showed a reinforcement of photosynthetic (and respiratory) components, namely thylakoid electron transport and the activities of RuBisCo, ribulose 5-phosphate kinase, malate dehydrogenase and pyruvate kinase, what may have contributed to the enhancements in the maximum rates of electron transport, carboxylation and photosynthetic capacity under elevated [CO2], although these responses were genotype dependent. The photosystem II efficiency, energy driven to photochemical events, non-structural carbohydrates, photosynthetic pigment and membrane permeability did not respond to [CO2] supply. Some alterations in total fatty acid content and the unsaturation level of the chloroplast membranes were noted but, apparently, did not affect photosynthetic functioning. Despite some differences among the genotypes, no clear species-dependent responses to elevated [CO2] were observed. Overall, as no apparent sign of photosynthetic down-regulation was found, our data suggest that Coffea spp. plants may successfully cope with high [CO2] under the present experimental conditions.
Collapse
Affiliation(s)
- José C. Ramalho
- Grupo Interações Planta-Ambiente - Plant Stress, Centro de Ambiente, Agricultura e Desenvolvimento - BioTrop, Instituto de Investigação Científica Tropical, I.P., Oeiras, Portugal
| | - Ana P. Rodrigues
- Centro de Estudos Florestais, Instituto Superior Agronomia, Universidade Técnica de Lisboa, Lisboa, Portugal
| | - José N. Semedo
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., Oeiras, Portugal
| | - Isabel P. Pais
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., Oeiras, Portugal
| | - Lima D. Martins
- Grupo Interações Planta-Ambiente - Plant Stress, Centro de Ambiente, Agricultura e Desenvolvimento - BioTrop, Instituto de Investigação Científica Tropical, I.P., Oeiras, Portugal
- Departamento Produção Vegetal, Centro de Ciências Agrárias, Universidade Federal do Espírito Santo, Alegre, Espirito Santo, Brazil
| | - Maria C. Simões-Costa
- Grupo Interações Planta-Ambiente - Plant Stress, Centro de Ambiente, Agricultura e Desenvolvimento - BioTrop, Instituto de Investigação Científica Tropical, I.P., Oeiras, Portugal
| | - António E. Leitão
- Grupo Interações Planta-Ambiente - Plant Stress, Centro de Ambiente, Agricultura e Desenvolvimento - BioTrop, Instituto de Investigação Científica Tropical, I.P., Oeiras, Portugal
| | - Ana S. Fortunato
- Grupo Interações Planta-Ambiente - Plant Stress, Centro de Ambiente, Agricultura e Desenvolvimento - BioTrop, Instituto de Investigação Científica Tropical, I.P., Oeiras, Portugal
| | - Paula Batista-Santos
- Grupo Interações Planta-Ambiente - Plant Stress, Centro de Ambiente, Agricultura e Desenvolvimento - BioTrop, Instituto de Investigação Científica Tropical, I.P., Oeiras, Portugal
| | - Isabel M. Palos
- Grupo Interações Planta-Ambiente - Plant Stress, Centro de Ambiente, Agricultura e Desenvolvimento - BioTrop, Instituto de Investigação Científica Tropical, I.P., Oeiras, Portugal
| | - Marcelo A. Tomaz
- Departamento Produção Vegetal, Centro de Ciências Agrárias, Universidade Federal do Espírito Santo, Alegre, Espirito Santo, Brazil
| | - Paula Scotti-Campos
- Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária, I.P., Oeiras, Portugal
| | - Fernando C. Lidon
- Departamento Ciências da Terra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Caparica, Portugal
| | - Fábio M. DaMatta
- Departamento Biologia Vegetal, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, Minas Gerais, Brazil
| |
Collapse
|
30
|
Lidon FC, Ramalho JC. Impact of UV-B irradiation on photosynthetic performance and chloroplast membrane components in Oryza sativa L. J Photochem Photobiol B 2011; 104:457-66. [PMID: 21696979 DOI: 10.1016/j.jphotobiol.2011.05.004] [Citation(s) in RCA: 57] [Impact Index Per Article: 4.4] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 04/11/2011] [Revised: 05/20/2011] [Accepted: 05/23/2011] [Indexed: 12/26/2022]
Abstract
The impact of UV-B radiation on photosynthetic related parameters was studied in Oryza sativa L. cv. Safari plants, after an UV-B irradiation performed 1h per day for 7days (between 8 and 14days after germination) with a ten narrow-band (λ 311nm) that resulted in a total biological effective UV-B (UVB(BE)) of 2.975kJm(-2)day(-1) and a total of 20.825kJm(-2). Gas exchange measurements were severely affected, showing reductions higher than 80% in net photosynthesis (P(n)), stomatal conductance and photosynthetic capacity (A(max)), 1day after the end of the 7-days UV-B treatment. Similarly, several fluorescence parameters (F(o), F(v)/F(m), Fv'/Fm', ϕ(e), q(P) and q(E)) and thylakoid electron transport (involving both photosystems) were also severely reduced. Concomitantly, a decline of xanthophylls, carotenes, Chl a, Chl (a+b) and Chl (a/b) values was accompanied by the increase of the lipoperoxidation level in chloroplast membranes, altogether reflecting a loss of protection against oxidative stress. Seven days after of the end of UV-B treatment, most fluorescence parameters recovered, but in P(n), A(max), thylakoid electron transport rates, Chl a and lipid classes, as well as the level of lipoperoxidation, the impacts were even stronger than immediately after the end of stress, denoting a clear loss of performance of photosynthetic structures. However, only a moderate impact on total lipids was observed, accompanied by some changes in the relative weight of the major chloroplast membrane lipid classes, with emphasis on the decrease of MGDG and the increase of phospholipids. That suggested an ability to de novo lipid synthesis allowing qualitative changes in the lipid matrix. Notably, the leaves developed after the end of UV-B irradiation showed a much lower impact, with significantly decreased values only in P(n) and g(s), rises in several fluorescence parameters, thylakoid electron transport, photosynthetic pigments (xanthophylls and chls) and DEPS, while lipid classes presented values close to control. The results showed a global impact of UV-B in the photosynthetic structures and performance in irradiated leaves, but revealed also a low impairment extent in the leaves entirely developed after the end of the irradiation, reflecting a remarkable recovery of the plant after the end of stress, what could constitute an advantage under occasional UV-B exposure events in this vital worldwide staple food crop.
Collapse
Affiliation(s)
- F C Lidon
- Dept. Ciências e Tecnologia da Biomassa, Campus da Caparica, Fac. Ciências e Tecnologia, Univ. Nova de Lisboa, 2829-516 Monte de Caparica, Portugal. ,
| | | |
Collapse
|
31
|
Batista-Santos P, Lidon FC, Fortunato A, Leitão AE, Lopes E, Partelli F, Ribeiro AI, Ramalho JC. The impact of cold on photosynthesis in genotypes of Coffea spp.--photosystem sensitivity, photoprotective mechanisms and gene expression. J Plant Physiol 2011; 168:792-806. [PMID: 21247660 DOI: 10.1016/j.jplph.2010.11.013] [Citation(s) in RCA: 26] [Impact Index Per Article: 2.0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 07/31/2010] [Revised: 11/03/2010] [Accepted: 11/04/2010] [Indexed: 05/19/2023]
Abstract
Environmental constraints disturb plant metabolism and are often associated with photosynthetic impairments and yield reductions. Among them, low positive temperatures are of up most importance in tropical plant species, namely in Coffea spp. in which some acclimation ability has been reported. To further explain cold tolerance, the impacts on photosynthetic functioning and the expression of photosynthetic-related genes were analyzed. The experiments were carried out along a period of slow cold imposition (to allow acclimation), after chilling (4°C) exposure and in the following rewarming period, using 1.5-year-old coffee seedlings of 5 genotypes with different cold sensitivity: Coffea canephora cv. Apoatã, Coffea arabica cv. Catuaí, Coffea dewevrei and 2 hybrids, Icatu (C. arabica×C. canephora) and Piatã (C. dewevrei×C. arabica). All genotypes suffered a significant leaf area loss only after chilling exposure, with Icatu showing the lowest impact, a first indication of a higher cold tolerance, contrasting with Apoatã and C. dewevrei. During cold exposure, net photosynthesis and Chl a fluorescence parameters were strongly affected in all genotypes, but stomatal limitations were not detected. However, the extent of mesophyll limitation, reflecting regulatory mechanisms and/or damage, was genotype dependent. Overnight retention of zeaxanthin was common to Coffea genotypes, but the accumulation of photoprotective pigments was highest in Icatu. That down-regulated photochemical events but efficiently protected the photosynthetic structures, as shown, e.g., by the lowest impacts on A(max) and PSI activity and the strongest reinforcement of PSII activity, the latter possibly reflecting the presence of a photoprotective cycle around PSII in Icatu (and Catuaí). Concomitant to these protection mechanisms, Icatu was the sole genotype to present simultaneous upregulation of caCP22, caPI and caCytf, related to, respectively, PSII, PSI and to the complex Cytb(6)/f, which could promote better repair ability, contributing to the maintenance of efficient thylakoid functioning. We conclude that Icatu showed the best acclimation ability among the studied genotypes, mostly due to a better upregulation of photoprotection and repair mechanisms. We confirmed the presence of important variability in Coffea spp. that could be exploited in breeding programs, which should be assisted by useful markers of cold tolerance, namely the upregulation of antioxidative molecules, the expression of selected genes and PSI sensitivity.
Collapse
Affiliation(s)
- P Batista-Santos
- Centro de Ecofisiologia, Bioquímica e Biotecnologia Vegetal/Inst. Inv. Científica Tropical, Quinta do Marquês, 2784-505 Oeiras, Portugal
| | | | | | | | | | | | | | | |
Collapse
|
32
|
Fortunato AS, Lidon FC, Batista-Santos P, Leitão AE, Pais IP, Ribeiro AI, Ramalho JC. Biochemical and molecular characterization of the antioxidative system of Coffea sp. under cold conditions in genotypes with contrasting tolerance. J Plant Physiol 2010; 167:333-42. [PMID: 19939498 DOI: 10.1016/j.jplph.2009.10.013] [Citation(s) in RCA: 46] [Impact Index Per Article: 3.3] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 04/24/2009] [Revised: 10/06/2009] [Accepted: 10/06/2009] [Indexed: 05/05/2023]
Abstract
Low positive temperature (chilling) is frequently linked to the promotion of oxidative stress conditions, and is of particular importance in the coffee plant due to its severe impact on growth, development, photosynthesis and production. Nevertheless, some acclimation ability has been reported within the Coffea genus, and is possibly related to oxidative stress control. Using an integrated biochemical and molecular approach, the characterization of the antioxidative system of genotypes with different cold acclimation abilities was performed. Experiments were carried out using 1.5-year-old coffee seedlings of Coffea canephora cv. Apoatã, C. arabica cv. Catuaí, C. dewevrei and 2 hybrids, Icatu (C. arabicaxC. canephora) and Piatã (C. dewevreixC. arabica) subjected to a gradual cold treatment and a recovery period. Icatu showed the greatest ability to control oxidative stress, as reflected by the enhancement of several antioxidative components (Cu,Zn-SOD and APX activities; ascorbate, alpha-tocopherol and chlorogenic acids (CGAs) contents) and lower reactive oxygen species contents (H(2)O(2) and OH). Gene expression studies show that GRed, DHAR and class III and IV chitinases might also be involved in the cold acclimation ability of Icatu. Catuaí showed intermediate acclimation ability through the reinforcement of some antioxidative molecules, usually to a lesser extent than that observed in Icatu. On the other hand, C. dewevrei showed the poorest response in terms of antioxidant accumulation, and also showed the greatest increase in OH values. The difference in the triggering of antioxidative traits supports the hypothesis of its importance to cold (and photoinhibition) tolerance in Coffea sp. and could provide a useful probe to identify tolerant genotypes.
Collapse
Affiliation(s)
- Ana S Fortunato
- Centro de Ecofisiologia, Bioquímica e Biotecnologia Vegetal/Instituto de Investigação Científica Tropical I.P., Quinta do Marquês 2784-505 Oeiras, Portugal
| | | | | | | | | | | | | |
Collapse
|
33
|
Affiliation(s)
- Ana S. Dias
- Universidade Nova de Lisboa; Instituto Nacional dos Recursos Biológicos, Portugal
| | - Ana L. Fernando
- Universidade Nova de Lisboa; Unidade de Biotecnologia Ambiental, Portugal
| | - Fernando C. Lidon
- Universidade Nova de Lisboa; Unidade de Biotecnologia Ambiental, Portugal
| |
Collapse
|
34
|
Abstract
The yield and grain quality (as well as technological traits) of two heat-stressed genotypes of bread (Triticum aestivum L.) and durum wheat (Triticum turgidum subsp. durum) having different tolerance to high temperatures after anthesis were investigated. Heat stress, during grain filling, triggered grain shrinkage with a reduced weight and ultrastructural changes in the aleurone layer and in the endosperm cells. Heat stress also decreased the sedimentation index SDS, an effect associated with increased protein content in the grain but with decreased levels of essential amino acids. Although the responses to heat stress were similar among the Triticum genotypes, it is further suggested that during grain filling, high temperatures might affect gluten strength, diminishing the wheat flour quality.
Collapse
|
35
|
Vitor RF, Lidon FC, Carvalho CS. Dark stained tissues of the epicarp of encore mandarin: interactions with the production of hydroxyl radicals. Free Radic Res 1999; 31 Suppl:S163-9. [PMID: 10694055 DOI: 10.1080/10715769900301461] [Citation(s) in RCA: 2] [Impact Index Per Article: 0.1] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [MESH Headings] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 10/24/2022]
Abstract
The interactions between hydroxyl radical production and the composition of the epicarp cells associated with the dark stained tissues of mature fruits of Encore mandarin were investigated. Phosphatidylinositol content of the cells associated with dark stains was lower in unpitted tissues, whereas the concentration of phosphatidylglycerol, phosphatidylcholine and phosphatidylethanolamine did not vary significantly. In these pitted cells, protein content also showed a 1.59-fold increase. Additionally, the relative proportions of gln, thr, asp, glu and gly increased sharply, while ala and tyr decreased. The polypeptide patterns showed quantitative changes when samples of stained and unstained tissues were compared by SDS-PAGE electrophoresis. Qualitatively, the cells associated with pitted tissues revealed a new polypeptide band with an apparent mol. wt. of 50.4 kDa as well as the disappearance of another one of 10 kDa. Ethylene production in the dark stained tissues was lower than in unpitted tissues and these cells showed significant increases in membrane permeability, hydroxyl radical production, and lipid peroxidation. Furthermore, in these tissues the levels of the carotenoids increased significantly but levels of chlorophyll decreased. It was concluded that in the pitted tissues the significant changes of the membrane composition are closely associated with an increasing acyl lipid peroxidation mediated by hydroxyl radical production. The modulation of this metabolism further indicates an incomplete degradation of fatty acids. The implications of the increasing accumulation of carotenoids in the synthesis of oxy radicals are also discussed.
Collapse
Affiliation(s)
- R F Vitor
- Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade Nova de Lisboa, Monte de Caparica, Portugal.
| | | | | |
Collapse
|