Identification of a novel nifH-like (frxC) protein in chloroplasts of the liverwort Marchantia polymorpha

The frxC gene, one of the unidentified open reading frames present in liverwort chloroplast DNA, shows significant homology with the nifH genes coding for the Fe protein, a component of the nitrogenase complex (Ohyama et al., 1986, Nature 322: 572–574). A truncated form of the frxC gene was designed to be over-expressed in Escherichia coli and an antibody against this protein was prepared using the purified product as an antigen. This antibody reacted with a protein in the soluble fraction of liverwort chloroplasts, which had an apparent molecular weight of 31 000, as revealed by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis, in good agreement with a putative molecular weight of 31945 deduced from the DNA sequence of the frxC gene. In a competitive inhibition experiment, the antigenicity of this protein was indicated to be similar to that of the over-expressed protein in E. coli. Therefore, we concluded that the frxC gene was expressed in liverwort chloroplasts and that its product existed in a soluble form. The molecular weight of the frxC protein was approximately 67 000, as estimated by gel filtration chromatography, indicating that the frxC protein may exist as a dimer of two identical polypeptides analogous to the Fe protein of nitrogenase. The results obtained from affinity chromatography supported the possibility that the frxC protein, which possesses a ATP-binding sequence in its N-terminal region that is conserved among various other ATP-binding proteins, has the ability to bind ATP.     

Protein and cDNA sequences of Bowman-Birk protease inhibitors from the cowpea (Vigna unguiculata Walp.)

The protein and gene sequences of the cowpea Bowman-Birk type trypsin inhibitor which confers enhanced insect resistance to transgenic tobacco plants, and of cowpea trypsin/chymotrypsin inhibitors are presented. There are regions of high conservation and high divergence within the 5 leader, mature protein and 3 non-coding regions of the Bowman-Birk inhibitors and in the genes which encode them in different members of this family within the Leguminosae. The practical implications of this finding for studies on the evolution of plants and the utilization of these genes for enhancing insect resistance is discussed.     

Heritability estimates of phenthoate resistance in the diamond-back moth

Realized heritabilities were estimated for the character of phenthoate resistance in two local strains of the diamond-back moth, Plutella xylostella L. (Lepidoptera: Yponomeutidae), by performing artificial laboratory selection for resistance and susceptibility to phenthoate. Heritability estimates indicated that such traits are moderately heritable ( ²=0.42 and 0.41 in the resistant selection and ²=0.31 and 0.21 in the susceptible selection), and give an experimental basis accounting for rapid evolutionary changes of phenthoate resistance observed in field populations of this insect.The observed changes in variances of phenthoate susceptibility are discussed in relation to the additive genetic variance eliminated by directional selection. The explanation stresses the importance on the underlying genetic system.

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Résumé L'héritabilité de la résistance au phenthoate obtenue chez deux souches locales de P. xylostella L. (Lep.; Yponomeutidae) a été calculée en procédant au laboratoire à des sélections artificielles pour la résistance et pour la sensibilité à cet insecticide. Les calculs de l'héritabilité ont montré que de tels caractères sont moyennement héritables ( ²=0,42 et 0,41 lors de la sélection pour la résistance, et ²=0,31 et 0,21 lors de la sélection pour la sensibilité), et ont fourni la base expérimentale rendant compte des changements évolutifs rapides observés pour la résistance au phenthoate chez des populations naturelles de cet insecte.Les changements observés de la variance de la sensibilité au phenthoate sont discutés en fonction de la variance génétique additive éliminée par la sélection orientée. L'explication insiste sur l'importance du système génétique souligné.

     

Glandular trichome exudate is the critical factor in geranium resistance to foxglove aphid

Resistance to the foxglove-aphid (Acyrthosiphon solani Kaltenbach) has been demonstrated in some inbred geranium lines (Pelargonium Xhortorum Bailey). To establish more definitively the cause/effect relationship between tall glandular trichome exudate and resistance, an intact plant bioassay was performed comparing a resistant plant line, a resistant plant line from which the tall glandular trichome exudate had been removed using a basic buffer solution, a susceptible line and a susceptible line treated with the buffer wash. After 5 days of isolation on the respective surfaces, the number of surviving adult aphids as well as the number of nymphs produced and remaining alive were determined. Aphids on the buffer washed, resistant line exhibited mortality and fecundity which was not significantly different from that produced by the susceptible line. In contrast, the untreated resistance line was clearly resistant with lower adult survival and fewer living nymphs. The tall glandular trichome exudate must therefore be a critical factor in geranium resistance to the foxglove aphid.

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Zusammenfassung Widerstandsfähigkeit dem Fingerhut-Blattlaus (Acyrthosiphon solani Kaltenbach) gegenüber wurde in einigen durch Inzucht erzeugten Pelargonie-Linien (Pelargonium Xhortorum Bailey) gezeigt. Um das Verhältnis von Ursache und Wirkung zwischen dem hochgewachsenen glandulären Trichom-Exudat und Widerstandsfähigkeit genauer zu bestimmen, wurde eine Bio-Untersuchung an intakten Pflanzen unternommen. Dabei wurden eine widerstandsfähige Pflanzenlinie, eine widerstandsfähige Pflanzenlinie, von der das hochgewachsene glanduläre Trichom-Exudat durch eine basische Pufferlösung entfernt worden war, eine anfällige Linie und eine mit Pufferlösung behandelte Linie verglichen. Zwei erwachsene weibliche Blattläuse wurden fünf Tage durch ein engmaschiges Netz auf den zu untersuchenden dritten und vierten Knotenblättern eingesperrt. Bei jeder Pflanze wurde die Untersuchung an einem nichtbehandelten Blatt und an einem Blat, von dem das Exudat durch Waschen mit der Pufferlösung entfernt worden war, durchgeführt. Für jede Linie wurden fünf Pflanzen gebraucht, und der ganze Versuch wurde sechsmal wiederholt. Nach einer fünftägigen Isolierung auf den jeweiligen Oberflächen wurden die Blätter von der Pflanze entfernt, und sowohl die Zahl der überlebenden erwachsenen Blattläuse wie auch die der produzierten und noch am Leben gebliebenen Nymphen festgestellt. Mit einer niedrigeren Überlebensrate der Erwachsenen und weniger noch lebenden Nymphen war die nichtbehandelte widerstandsfähige Linie deutlich widerstandsfähig. Im Gegensatz dazu zeigten die Blattläuse auf der mit Puffer gewaschenen widerstandsfähigen Linie eine Sterblichkeit und Fruchtbarkeit, die nicht erheblich höher waren, als die auf der anfälligen Linie, was beweist, daß das Waschen mit der Pufferlösung den Widerstandsfaktor entfernt hatte. Das hochgewachsene glanduläre Trichom-Exudat muß deshalb ein kritischer Faktor in der Widerstandsfähigkeit gegen Pelargonie-Schädlinge sein.

     

Stylet penetration by two aphid species on susceptible and resistant lettuce

The probing behavior of two aphid species, Myzus persicae (Sulz.) and Nasonovia ribisnigri (Mosley), was electronically monitored on susceptible and resistant lettuce lines using a DC amplifier. A waveform pattern associated with extracellular stylet pathway activities, pattern C, occurred for longer periods when either aphid species probed resistant plants. This pattern is usually regularly interrupted by drops in electrical potential lasting a few seconds, reflecting cell membrane punctures followed by rapid withdrawal of the stylet tips. For M. persicae on resistant lettuce a large increase in pattern C without these potential drops accounted for the increased duration of this pattern. For N. ribisnigri the increase in pathway activity on resistant plants was due to an increase in the more typical pattern C with potential drops, as well as to an increased duration of pattern F, associated with a curious type of stylet penetration within cell walls. Both aphids made more but shorter probes on resistant than on susceptible plants, and these probes led less frequently to periods of sieve element contact and ingestion. The effects of resistance appear to involve both mesophyll and phloem factors. The underlying mechanisms, however, remain unclear. The results indicate which stylet penetration activities or waveform patterns are of interest for further investigation of resistance mechanisms.

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Résumé Le comportement de sondage de variétés sensibles et résistantes de laitues par deux espèces de pucerons, Myzus persicae (Sulz.) et Nasonovia ribisnigri (Mosley), a été enregistré électroniquement en utilisant un amplificateur DC. Les deux espèces de pucerons ont présenté une amplification de l'onde de type C associée au cheminement extracellulaire des stylets lors du sondage des variétés résistantes. Cette onde est normalement interrompue par des chutes de quelques secondes du potentiel électrique, traduisant des ponctions de la membrane cellulaire suivies par un rapide retrait de l'extrémité des stylets. La forte augmentation de l'onde C mais sans chutes de potentiel rend compte de la plus longue durée de cette onde chez M. persicae sur laitue résistante. L'accroissement du cheminement des stylets chez N. ribisnigri sur plantes résistantes est dû à une augmentation de l'onde C typique avec chutes de potentiel, ainsi qu'à une prolongation de l'onde F liée à la pénétration des stylets dans les parois cellulaires. Les deux espèces font des sondages plus brefs et plus nombreux sur variétés résistantes, et ces sondages entraînent des contacts moins fréquents avec les éléments criblés et débouchent moins souvent sur de l'ingestion. Les effects de la résistance semblent impliquer des facteurs liés à la fois au mésophylle et au phloème. Les mécanismes sous-jacents, cependant, ne sont pas encore clairs. Ces résultats Montrent que l'examen des ondes liées à la pénétration des stylets est important pour des études ultérieures sur les mécanismes de résistance.

     

Host plant resistance in Brachiaria grasses to the spittlebug Zulia colombiana

Twelve forage grass accessions including 11 accessions of Brachiaria Griseb, were evaluated in a glasshouse for host plant resistance to nymphs and tolerance to feeding damage caused by adults of Zulia colombiana (Lallemand) (Homoptera: Cercopidae). Resistance to nymphs was evaluated with a technique that provided uniform environmental conditions and abundant feeding sites. B. brizantha Stapf (cv. Marandú) was the most resistant of the accessions tested based on nymphal mortality, duration of nymphal stadia, and weight of adult females. Andropogon gayanus Kunth, resistant to spittlebug attack in the field, was susceptible under the conditions of this study. While growth habit and rooting characteristics may contribute to field resistance, other resistance factors are present within the genus Brachiaria, particularly in the case of B. brizantha cv. Marandú. The number of insect-days causing severe damage in the most tolerant species (B. dictyoneura Stapf and B. humidicola Schweick) was approximately six times greater than that necessary to cause the same level of damage to the most susceptible species (B. ruziziensis Germain & Evrard and B. decumbens Stapf). No difference was found in regrowth capacity between infested and noninfested plants within accessions. There was a significant positive correlation between number of insect-days causing severe damage (tolerance) and regrowth of infested plants.

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Résumé Brachiaria est une graminée fourragère prometteuse pour les sols tropicaux acides, saturés d'aluminium. Z. colombiana est un Cercopidae très répandu, limitant l'utilisation de Brachiaria en Amérique Latine. La résistance (antibiose et tolérance) à Z. colombiana, de Brachiaria d'origines diverses a été examinée. B. brizantha cv. Marandù s'est révélé le plus résistant d'après la forte mortalité larvaire, la prolongation du développement larvaire, et le poids réduit des femelles adultes de Z. colombiana. Andropogon gayanus, résistant dans la nature, s'est révélé sensible. Ces résultats suggèrent que cette résistance de A. gayanus dans la nature pourrait être due à la structure du végétal et à son mode de croissance. Dans le cas de B. brizantha cv. Marandù, des facteurs supplémentaires de résistance, mis en évidence à partir de différents modes de croissance, ont été éliminés, de façon à identifier les mécanismes de l'antibiose présents chez Brachiaria. Une grande gamme de résistance aux attaques alimentaires a été observée chez Brachiaria. Les plus résistants ont besoin de 6 fois plus de jours d'attaque par Z. colombiana pour provoquer les dégâts observés sur individus sensibles.

     

Genes involved in the biosynthesis of PQQ fromAcinetobacter calcoaceticus

From a gene bank of theAcinetobacter calcoaceticus genome a plasmid was isolated that complements four different classes of PQQ^- mutants. Subclones of this plasmid revealed that the four corresponding PQQ genes are located on a fragment of 5 kilobases. The nucleotide sequence of this 5 kb fragment was determined and by means of Tn5 insertion mutants the reading frames of the PQQ genes could be identified. Three of the PQQ genes code for proteins of M_r 29700 (gene I), M_r 10800 (gene II) and M_r 43600 (gene III) respectively. In the DNA region where gene IV was mapped however the largest possible reading frame encodes for a polypeptide of only 24 amino acids. A possible role for this small polypeptide will be discussed. Finally we show that expression of the four PQQ genes inAcinetobacter lwoffi andEscherichia coli lead to the synthesis of the coenzyme in these organisms.