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Funzione della foglia 'doppia' su un albero di pomelo

Funzione della foglia 'doppia' su un albero di pomelo


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Qual è la funzione della "doppia foglia" (non sono sicuro di quale sia il nome tecnico...) su una foglia di pomelo?

Inoltre, quale 'problema' evolutivo sta risolvendo questa struttura?

Vedi immagine con frecce che indicano le due parti alla foglia.


La differenza funzionale di otto geni della chitinasi tra maschio e femmina della cocciniglia di cotone, Phenacoccus solenopsis

Corrispondenza: Dott. Fei Li, Laboratorio chiave del Ministero dell'agricoltura di biologia molecolare degli agenti patogeni e degli insetti delle colture/Istituto di scienza degli insetti, Università di Zhejiang, 866 Yuhangtang Road, Hangzhou 310058, Cina. e-mail: [email protected]

Laboratorio chiave del Ministero dell'agricoltura di biologia molecolare degli agenti patogeni e degli insetti delle colture/Istituto di scienza degli insetti, Università di Zhejiang, Hangzhou, Cina

Dipartimento di Protezione delle Piante, Facoltà di Agraria (Saba Basha), Università di Alessandria, Alessandria, Egitto

Laboratorio chiave del Ministero dell'agricoltura di biologia molecolare degli agenti patogeni e degli insetti delle colture/Istituto di scienza degli insetti, Università di Zhejiang, Hangzhou, Cina

Laboratorio chiave del Ministero dell'agricoltura di biologia molecolare degli agenti patogeni e degli insetti delle colture/Istituto di scienza degli insetti, Università di Zhejiang, Hangzhou, Cina

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Laboratorio chiave del Ministero dell'agricoltura di biologia molecolare degli agenti patogeni e degli insetti delle colture/Istituto di scienza degli insetti, Università di Zhejiang, Hangzhou, Cina

Corrispondenza: Dott. Fei Li, Laboratorio chiave del Ministero dell'agricoltura di biologia molecolare degli agenti patogeni e degli insetti delle colture/Istituto di scienza degli insetti, Università di Zhejiang, 866 Yuhangtang Road, Hangzhou 310058, Cina. e-mail: [email protected]

Astratto

La cocciniglia di cotone Phenacoccus solenopsis Tinsley (Hemiptera: Pseudococcidae) è un insetto polifago che attacca decine di piante e provoca notevoli perdite economiche. Le chitinasi degli insetti sono necessarie per rimuovere la vecchia cuticola per consentire una crescita e uno sviluppo continui. Sebbene le chitinasi degli insetti siano state ben studiate in decine di insetti, le loro funzioni nella cocciniglia non sono ancora state affrontate. Qui, abbiamo sequenziato i trascrittomi di maschi e femmine adulti, da cui sono stati identificati otto geni della chitinasi. Abbiamo quindi utilizzato il metodo di amplificazione rapida delle estremità del cDNA per amplificarne l'intera lunghezza. L'analisi filogenetica ha indicato che questi geni si raggruppavano in cinque sottogruppi. Tra i quali, gruppo II PsCht2 ha avuto la trascrizione più lunga ed è stata altamente espressa alla ninfa di secondo stadio. PsCht10, PsCht3-3 e PsIDGF erano altamente espressi nelle femmine adulte, mentre PsCht4 e PsCht4-1 erano significativamente espressi nella pupa maschio e nel maschio adulto. Successivamente, abbiamo abbattuto tutti e otto i geni della chitinasi alimentando l'RNA a doppio filamento. Atterramento di PsCht4 o PsCht4-1 ha portato al fallimento della muta e, al silenzio PsCht5 ha provocato un difetto di pupa, durante il silenzio PsCht10 ha portato a piccole dimensioni del corpo, suggerendo che questi geni hanno ruoli essenziali nello sviluppo e possono essere utilizzati come potenziale bersaglio per il controllo dei parassiti.

Fig. S1 L'architettura di dominio dei geni della chitinasi di P. solenopsis. Le chitinasi identificate hanno il dominio conservato della famiglia dei glicosidi idrolasi 18, e l'analisi della struttura del dominio è stata effettuata effettuando una ricerca nel database Pfam e quindi verificata con HMMER e SMART.

Fig. S2 Il dispositivo sperimentale per l'alimentazione del dsRNA. Dopo il lavaggio con acqua distillata, le foglie di cotone sono state immerse all'estremità del picciolo in una provetta Eppendorf da 1,5 ml contenente 400 μl di acqua priva di RNasi miscelata con dsRNA o dsGFP (circa 0,1 μg/μl). Al trentatreesimo stadio di ninfa è stato permesso di riprendere a nutrirsi di queste foglie verdi.

Tabella S1 Numero di accesso ai dati del trascrittoma

Tabella S2 Omologhi di sequenze per alberi filogenetici

Tabella S3 Conta il numero dei geni della chitinasi nella cocciniglia del cotone tra maschi adulti e femmine adulte

Tabella S4 Somiglianze dei geni RNAi-letali con gli ortologhi in altri insetti

Tabella S5 Intere sequenze di dsRNA e primer utilizzati per l'esperimento RNAi

Tabella S6 Intere sequenze di dsRNA e primer utilizzati per l'esperimento RNAi

Nota: l'editore non è responsabile per il contenuto o la funzionalità delle informazioni di supporto fornite dagli autori. Qualsiasi domanda (diversa dal contenuto mancante) deve essere indirizzata all'autore corrispondente per l'articolo.


II. Struttura complessiva della nervatura fogliare

Le vene sono composte da cellule xilematiche e floematiche incorporate nel parenchima, a volte sclerenchima, e circondate da cellule della guaina del fascio. Lo xilema della vena trasporta l'acqua dal picciolo attraverso il mesofillo della lamina e il floema trasporta gli zuccheri dalla foglia al resto della pianta. I sistemi di nervature fogliari variano fortemente tra i principali lignaggi vegetali, con molti gruppi precoci che hanno sistemi aperti e ramificati dicotomicamente, ma la reticolazione si è evoluta frequentemente. Le angiosperme hanno la più grande diversità nella struttura delle vene ma condividono elementi architettonici chiave, cioè una gerarchia di ordini venosi che formano una maglia reticolata (Hickey, 1973 Ellis et al., 2009 McKown et al., 2010). Tipicamente ci sono tre ordini di vene di ordine inferiore, note come "vene maggiori", spesso costellate di sclerenchima (Esau, 1977). Una o più nervature del primo ordine corrono dal picciolo all'apice della foglia, con vene del secondo ordine che si ramificano a intervalli e vene del terzo ordine che si ramificano in mezzo. Le vene principali possono essere distinte dalle vene minori, tipicamente presenti solo nelle angiosperme, che includono fino a quattro ordini aggiuntivi di vene più piccole e reticolate di ordine superiore. Le vene maggiori e minori possono essere distinte per la loro tempistica distinta di formazione e differenze nell'espressione genica durante lo sviluppo, dimensioni e ramificazione nella foglia matura e nell'anatomia della sezione trasversale (Esau, 1977 Haritatos et al., 2000a). In diversi ceppi, in particolare nei monocotiledoni, è tipica una venatura reticolare “striata”, comprendente diversi ordini di vene longitudinali di diverse dimensioni, con piccole vene trasversali che li collegano (Ueno et al., 2006 ).


Zippy Xylem

Lo xilema di una pianta è il sistema di tubi e cellule di trasporto che fa circolare l'acqua e i minerali disciolti. Come pianta, hai radici che ti aiutano ad assorbire l'acqua. Se le tue foglie hanno bisogno di acqua e sono a 100 piedi da terra, è il momento di mettere in azione lo xilema! Xylem è fatto di navi che sono collegati da un capo all'altro per la massima velocità di movimento dell'acqua. Hanno anche una funzione secondaria di supporto. Quando qualcuno abbatte un vecchio albero, rivela una serie di anelli. Quegli anelli sono i resti del vecchio tessuto xilematico, un anello per ogni anno in cui l'albero era vivo.


Metodi

Struttura di simulazione (dati del microbioma)

Simuliamo campioni per due gruppi: controllo (C) e trattamento (T) e genera conteggi OTU ( ( mathbf _^) o (mathbf _^) ) in un campione J da una distribuzione Dirichlet-multinomiale (DM) con parametri stimati da un vero set di dati microbici, come è stato suggerito in diversi articoli [16, 17]. I dati reali della gola, gola_v35, è sottoinsieme da V35 fornito nel pacchetto R HMP16SDati [37], prelevando 153 campioni prelevati dalla gola e 956 OTU (unità tassonomiche operative) con conteggio diverso da zero in più del 25% dei campioni. In particolare, campioniamo:

dove (mathbf _^ =sinistra (x^_<1j>, dots, x^_<> ight)) e (mathbf _^ =sinistra (x^_<1j>, punti, x^_<> ight)) sono conteggi di K=956 OTU in un campione J che appartiene rispettivamente al gruppo di controllo o di trattamento nJ è il conteggio totale del campione J che viene campionato casualmente da profondità di sequenziamento di 153 campioni in gola_v35 (mathbf ^ =sinistra (alpha ^_<1>, dots, alpha ^_ ight)) e (mathbf ^ =sinistra (alpha ^_<1>, dots, alpha ^_ ight)) sono parametri che memorizzano informazioni sull'abbondanza relativa (proporzione) e dispersione delle OTU rispettivamente nel gruppo di controllo e di trattamento. stimiamo α C usando il pacchetto R oscurato [38] che riparametrizza α C con (mathbf > = sinistra (pi ^_<1>. pi ^_ ight)) e ?, dove (pi ^_) è la proporzione prevista di OTU K in un campione appartenente al gruppo di controllo, e ? è un parametro sulla correlazione OTU. In breve, (alpha ^_ = pi ^_ frac <(1- heta)>< heta >) . Nella nostra simulazione, ? è stimato da gola_v35 da applicare sia nei gruppi di controllo che in quelli di trattamento, e ? C e ? T vengono manipolati per creare tre scenari: BS, noi, e SS (vedi Fig. 2a e File aggiuntivo 1: Fig. S8). I dati simulati (nel gruppo di controllo) hanno mostrato di avere una relazione media-varianza simile ma un po' meno zeri casuali rispetto ai dati reali usando countSimQC [39] (vedi fascicolo aggiuntivo 2).

In BS, i segnali vengono simulati su due rami selezionati casualmente (A e B) scambiando le loro proporzioni nel gruppo di trattamento come Eq. 2 noi e SS sono nel file aggiuntivo 1: nota integrativa 1.

dove (r = frac hat ^_> hat ^_>) è il cambio di piega (hat ^_) è la proporzione stimata di OTU K a partire dal gola_v35. In altre parole, ? C è stimato da gola_v35, e ? T si ottiene in base a ? C modificando i valori delle OTU selezionate.

Descrizione della metodologia treeclimbR

Aggregazione dei dati

Qui, l'aggregazione è mostrata nelle eq. 3 e 4 rispettivamente per il caso DA e DS. A seconda del set di dati e del metodo utilizzato nell'analisi differenziale, al posto della somma potrebbe essere utilizzata la media o la mediana. Nel caso DA, conta di K entità in J vengono osservati i campioni e viene costruito un albero sulle entità in modo tale che ogni entità possa essere mappata su una foglia. I dati sono aggregati in modo tale che il conteggio di node io nel campione J, ij è generato come:

dove B(io) rappresenta le foglie discendenti di node io (vedi le notazioni ad albero in Fig. 1) m è il numero totale di nodi sull'albero J è il numero di campioni K è il numero di entità osservate.

Nel caso DS, abbiamo valori di G caratteristiche osservate su ogni cellula da J campioni e un albero sulle sottopopolazioni di celle (entità) è costruito in modo tale che più celle siano mappate su una foglia. I campioni vengono raccolti da diverse condizioni sperimentali. Il valore della funzionalità G sul nodo (sottopopolazione cellulare) io nel campione J, (Y^_<>) viene aggregato dalle celle come:

dove K ∈ (Jio) significa che una cella K è da campione J e appartiene alla sottopopolazione io (cellula K è mappato alle foglie discendenti di node io, o KB(io)) m, J, e K corrispondono rispettivamente al numero totale di nodi, campioni e celle.

Analisi differenziale

L'analisi differenziale viene eseguita in tutti i nodi dell'albero. Per i dati microbici sintetici parametrici e AML-sim dati, usiamo bordoR modellare i dati di conteggio con distribuzione binomiale negativa e ottenere P valori tramite test del rapporto di verosimiglianza per i seguenti metodi: BH, HFDR, minP, StrutturaFDR, diffcyt, e treeclimbR. miLineage ha il suo modo di calcolare P valori. Per i set di dati microbici sintetici non parametrici, il test della somma dei ranghi di Wilcoxon non parametrico viene utilizzato per confrontare l'abbondanza dei taxa tra due gruppi, che genera P valori per tutti i metodi di riferimento. Per BCR-XL-sim, le espressioni mediane trasformate dei marcatori di stato cellulare su ciascun nodo (sottopopolazione cellulare) dell'albero vengono confrontate tra i gruppi utilizzando limma [40], che genera P valori per diffcyt, minP, e treeclimbR. Tre set di dati reali (microbiota intestinale infantile, miRNA di topo e scRNA di corteccia di topo) sono tutti dati di conteggio e bordoR viene utilizzato per l'analisi differenziale.

La generazione dei candidati

I candidati vengono utilizzati per catturare il modello di segnale latente sull'albero. La ricerca dei candidati si basa su a tu punteggio definito come Eq. 5:

Qui, QK(T) è un punteggio di node K, derivato dal suo P valore PK e direzione stimata SioGn(?K), sotto un parametro di sintonizzazione T. quando PKt, qK(T)=1 con SioGn(?K) altrimenti, QK(T)=0. Il tu punteggio del nodo io a T, tuio(T), è la media assoluta Q punteggi sui nodi in B(io) che include node io e i suoi nodi discendenti. nB è il numero di nodi in B(io). Il tu punteggio potrebbe essere considerato come una misura del cambiamento di coordinate all'interno di un ramo. Raggiunge 1 quando un modello coerente, che include entrambi i segni nella stessa direzione e P valori sotto T, si osserva, ed è vicino a 0 quando i nodi in un ramo sono molto in disaccordo sul segno o P valore. Con un adatto T valore, potremmo aspettarci che i rami del segnale siano in uno schema coerente mentre altri che hanno P i valori che seguono una distribuzione uniforme [0,1] e direzioni arbitrarie su o giù sulle ante non lo sono. Poiché i rami del segnale sono sconosciuti in realtà, non possiamo determinare direttamente il valore di T. Per suggerire diversi candidati di rami di segnale, l'albero viene esplorato mediante sintonizzazione T nell'intervallo [0,1] (vedi File aggiuntivo 1: Fig. S17).

Un candidato a T si ottiene utilizzando la seguente procedura:

Parte dalla radice e si sposta verso le foglie lungo i bordi.

Per ogni percorso, si ferma quando un nodo io avendo tuio(T)=1 e PioViene visualizzato <0.05 o viene raggiunta l'anta.

Se un ramo senza segnale per caso ha la stessa direzione, il suo nodo di diramazione potrebbe raggiungere tu=1 in alto T (per esempio., T=1). Nei rami senza segnali, per mantenere il candidato vicino al livello foglia, ostacoliamo la selezione di un nodo interno con una restrizione Pio<0.05. Ciò significa che la probabilità di rappresentare un ramo a tre foglie, senza segnali, utilizzando un nodo interno è di circa 0,01, ed è molto più bassa per un ramo più grande. P i valori selezionati in tale procedura sono imparziali a differenti T per rami senza segnale e seguire una distribuzione uniforme (vedi File aggiuntivo 1: Fig. S16).

Se esistono più caratteristiche, la procedura viene eseguita separatamente per ciascuna caratteristica e il candidato globale a T, C(T), è definito come:

dove CG(T) è il candidato di feature G generato a T, e G include tutte le funzionalità.

La selezione dei candidati

La correzione per più test viene eseguita separatamente su ciascun candidato, ma FDR è controllato a livello foglia limitando T nell'intervallo come di seguito (vedere File aggiuntivo 1: Nota integrativa 2 e Fig. S15).

dove α è il FDR nominal nominale R è la dimensione media dei rami di segnale identificati a FDR=α. La dimensione del ramo è il numero di foglie in un ramo. Se R=1, i segnali non si raggruppano sull'albero e il livello foglia (T=0) dovrebbe essere usato. In dati reali, R è sconosciuto ed è stimato per un candidato C(T) come:

dove S è il numero di nodi con h0 bocciato sul candidato C(T), e io è il numero di foglie discendenti di quei nodi rifiutati.

Candidati generati con (t otin [0, 2 alpha (hat <>>-1)]) vengono prima scartati per controllare FDR. Quelli che hanno riportato il maggior numero di foglie con il minor numero di nodi vengono quindi selezionati per aumentare la potenza mantenendo i risultati il ​​più brevi possibile.

La pre-elaborazione e l'analisi dei set di dati

Metodi disponibili

Per LEfSe, le impostazioni predefinite di LEfSe che è installato con conda in pitone 2.7 sono utilizzati. Per miLineage, abbiamo applicato sia una parte (miLineage1) e analisi in due parti (miLineage2) utilizzando il pacchetto R miLineagev2.1. Per lazo, costruiamo modelli di regressione logistica lazo-regolarizzati, che considerano i valori delle caratteristiche (ad esempio, abbondanza o espressione) su tutti i nodi dell'albero come variabili esplicative e le informazioni del campione (ad esempio, gruppo di controllo o trattamento) come variabile di risposta, con pacchetto R glmnet2.0-18 e ha scelto il modello che fornisce l'errore incrociato medio minimo. Per diffcyt (v1.6.0), noi usiamo diffcyt'S testDA_edgeR e testDS_limma analizzare AML-sim e BCR-XL-sim set di dati, rispettivamente. Per StrutturaFDR e HFDR, pacchetti R StrutturaFDRv1.3 e strutturaSSIv1.1.1 sono utilizzati, rispettivamente. Input sui nodi (ad es. P valori) richiesti dai metodi StrutturaFDR, HFDR, treeclimbR, e minP (vedi File aggiuntivo 1: Nota integrativa 3) sono stimati da bordoRv3.28.0 (treeclimbR'S runDA funzione) in tutti i set di dati, tranne che diffcyt'S testDS_limma è stato utilizzato in BCR-XL-sim set di dati. Se non specificato, le impostazioni predefinite fornite nei pacchetti R vengono utilizzate per tutti i metodi.

Dati microbici sintetici parametrici

Per valutare le prestazioni dei metodi su diversi modelli di segnale, i set di dati vengono simulati in tre scenari (BS, noi, e SS) su due rami selezionati casualmente utilizzando il pacchetto R treeclimbR'S simData funzione. Sono fornite più simulazioni con rami di segnale variabili per introdurre segnali su rami con caratteristiche diverse (vedi File aggiuntivo 1: Nota integrativa 1). A causa dello scambio di abbondanze relative tra rami, il logFC assoluto in BS, SS, e noi sono rispettivamente 1.45, 2.26 e nell'intervallo [0.02,2.13]. Per ogni scenario vengono effettuate 100 ripetizioni che si trovano sugli stessi rami di segnale ma conteggi diversi sulle OTU. Per eseguire l'analisi DA, i dati sono stati aggregati utilizzando l'Eq. 3.

AML-sim e BCR-XL-sim

I set di dati sono stati scaricati dal HDCytoData [41] Pacchetto R. Secondo i marcatori del tipo di cellula, le cellule sono state prima raggruppate in un gran numero di cluster (400.900.1600 in AML-sim set di dati e 100, 400, 900 pollici BCR-XL-sim set di dati) utilizzando FlowSOM [42]. Quindi, tra i cluster, sono state calcolate le distanze euclidee a coppie utilizzando le loro espressioni mediane dei marcatori di tipo per generare una matrice di dissimilarità. Infine, il clustering gerarchico da hclust delle statistiche [43] è stato applicato sulla matrice per creare un albero su cluster.

Dati sul microbiota intestinale infantile

I dati sono stati scaricati da curatedMetagenomicData [44] pacchetto che fornisce dati sul microbioma umano elaborati in modo uniforme. Sono stati utilizzati solo campioni di neonati. Ciò include una matrice di conteggio con 464 metaOTU in righe e 285 campioni in colonne e un albero filogenetico con 464 foglie (metaOTU) e 463 nodi interni. I campioni appartengono a quattro punti temporali: 4 giorni (0M), 4 mesi (4M) e 12 mesi (12M). In ogni momento, ci sono 15 campioni dal gruppo cesareo e circa 80 campioni (80 in 0M, 81 in 4M e 79 in 12M) dal gruppo vaginale. I dati sono stati aggregati secondo l'Eq. 3.

Dati del miRNA del topo

I dati provengono da Kokkonen-Simon et al. [30] e vengono utilizzati 10 campioni, di cui 5 sottoposti a TOC e 5 sottoposti a chirurgia simulata. Il taglio, l'allineamento e la quantificazione delle sequenze di miRNA sono stati elaborati utilizzando gli sport [45], che si è conclusa con 6375 sequenze di miRNA con conteggi in più di un campione. L'albero è stato costruito in base alle origini delle sequenze di miRNA: i miRNA sono stati raggruppati per trascrizione primaria utilizzando l'annotazione miRBase v22.1 e le trascrizioni primarie distanti meno di 10 kb sono state ulteriormente raggruppate in cluster genomici. Ha 774 nodi interni e 6375 foglie. Una foglia rappresenta una sequenza univoca e un nodo interno rappresenta più sequenze che condividono la stessa origine biologica a un livello specifico. I dati sono stati aggregati come Eq. 3, e bordoR [46] è stato utilizzato per confrontare l'abbondanza tra topi che hanno ricevuto TOC e topi che hanno ricevuto un intervento chirurgico Sham.

Dati scRNAseq della corteccia di topo

Abbiamo seguito la pre-elaborazione fatta da Crowell et al. [8] che annota le celle con 8 tipi di celle. Per ottenere marcatori del tipo cellulare, le espressioni dei geni tra i tipi cellulari sono state prima confrontate usando Trova tutti i marcatori (a partire dal Seuratv3.1.1) separatamente in ciascun campione trattato con veicolo per evitare di selezionare geni di stato correlati a LPS. Per ogni tipo di cellula, sono stati quindi selezionati i primi 20 geni (classificati per logFC assoluto) con logFC assoluto superiore a 0,5. Abbiamo ulteriormente rimosso i marcatori identificati solo in un campione e infine ottenuto 125 geni marcatori. Sulla base di 135 geni marcatori unici (13 geni marcatori di tipo canonico e 125 geni marcatori identificati computazionalmente), è stato costruito un albero che codifica le informazioni delle sottopopolazioni cellulari a diverse risoluzioni utilizzando di SeuratTrova Cluster (risoluzione a 6) e Costruisci ClusterAlbero. L'albero ha 66 foglie, ognuna delle quali rappresenta una sottopopolazione cellulare. Per eseguire l'analisi DS, i dati sono stati aggregati come Eq. 4.


Astratto

L-PEACH è un modello funzionale-strutturale basato sul sistema L per simulare la crescita architettonica e la ripartizione dei carboidrati tra i singoli organi nella pesca (Prunus persica (L.) Batsch) alberi. Il modello originale ha fornito un prototipo per integrare l'architettura degli alberi e l'economia del carbonio, ma non simulava realisticamente l'architettura dei peschi. Inoltre, la valutazione delle caratteristiche funzionali dei singoli organi e dell'intero albero è rimasta una questione largamente aperta. Nel presente studio, abbiamo incorporato modelli markoviani in L-PEACH per migliorare l'architettura degli alberi simulati. Il modello è stato anche calibrato su grammi di carboidrati e sono stati sviluppati strumenti per visualizzare sistematicamente output quantitativi e valutare il comportamento del modello. L'uso del concetto di modello markoviano per modellare l'architettura degli alberi in L-PEACH ha riprodotto il comportamento degli alberi e le risposte alle pratiche di gestione visivamente simili agli alberi nei frutteti commerciali. Il nuovo modello architettonico, insieme a numerosi miglioramenti negli algoritmi di partizionamento dei carboidrati derivati ​​dalla valutazione del modello, ha migliorato significativamente i risultati relativi all'allocazione del carbonio, come la crescita degli organi, l'assimilazione dei carboidrati, le dinamiche di riserva e la respirazione di mantenimento. I risultati del modello sono ora coerenti all'interno della struttura dell'albero modellata e sono in generale accordo con le osservazioni dei peschi che crescono in condizioni di campo.

Parole chiave aggiuntive: modellazione architettonica, allocazione del carbonio, modello basato sul carbonio, modellazione funzionale-strutturale delle piante, simulazione della crescita del pesco.


Cycas: distribuzione, morfologia e riproduzione| Cycadales

In questo articolo parleremo di Cycas. Dopo aver letto questo articolo imparerai a: 1. Distribuzione di Cycas 2. Morfologia generale di Cycas 3.Anatomia delle parti vegetative 4. Riproduzione 5. Importanza economica.

  1. Distribuzione di Cycas
  2. Morfologia generale di Cycas
  3. Anatomia delle parti vegetative di Cycas
  4. Riproduzione di Cycas
  5. Importanza economica di Cycas

1. Distribuzione di Cycas:

Cycas, il genere più grande tra le Cycad del Vecchio Mondo, è il genere più ampiamente distribuito dell'ordine Cycadales. È distribuito in Giappone, Australia, India, Indocina, Cina, Mauritius, Africa, Nepal, Bangladesh, Sri Lanka e Myanmar. In India, Cycas cresce naturalmente in Orissa, Assam, Meghalaya, Tamil Nadu, Karnataka e nelle isole Andamane e Nicobare (Fig. 8.7).

Cycas è rappresentata da 15 specie ma secondo Willis (1966) ci sono 20 specie del genere. Schuster (1932), invece, riconosce solo 8 specie, citando per le altre come forme, varietà o sottospecie delle altre specie.

Oltre a Cycas circinalis, C. pectinata, C. rumphii e C. beddomei, che si trovano allo stato selvatico in India, C. revoluta e C. siamensis sono tali specie che vengono comunemente coltivate nei giardini indiani. Cycas revoluta è la specie più coltivata dei giardini indiani.

Alcune specie indiane:

1. Cycas beddomei Dyre:

Un piccolo arbusto con un tronco lungo circa 40 cm. È distribuito in Andhra Pradesh, Madras, Calicut, ecc. Le foglie sono grandi e raggiungono fino a 1 metro di lunghezza con rachide quadrangolare. I volantini sono stretti e lineari. I coni maschili sono da oblunghi a ovoidali, portanti un breve peduncolo. I megasporofilli sono ovati, lanceolati con margini dentati. Sono prodotti in novembre-dicembre.

2. Cycas circinalis Linn:

Comunemente chiamato ‘Jangli-madan-mast-ka-Phul’ (Hindi) o ‘Kamakshi’ (Telugu), C. circinalis è comunemente distribuito nella parte occidentale dell'India peninsulare, nel Ghat occidentale e nelle colline dell'Orissa in India. Viene spesso coltivato nei giardini indiani.

È un albero sempreverde che porta foglie lunghe da 1,5 a 3 metri con circa 100 paia di foglioline. Le foglioline sono lineari-lanceolate con margine piatto e apice acuminato. La parte superiore sterile del megasporofillo è più lunga che larga con margini dentati. I coni maschili sono cilindrici o ovoidali con un breve peduncolo. I megasporofilli contengono peli tomentosi marroni.

3. Cycas pectinata Griff:

È distribuito in Sikkim, Assam, Manipur e Someshwar Hills del Bihar in India insieme ad altri paesi tra cui Nepal e Bangladesh. Il suo tronco varia da 1,5 a 2,5 metri di lunghezza.

Le foglie raggiungono una lunghezza di circa 1,5-2 metri. I foglietti sono stretti, lineari, si assottigliano in un minuto dorso e misurano da 14 a 25 cm. in lunghezza. Il cono maschio è cilindrico-ovoidale. La parte superiore del megasporofillo è tanto larga quanto lunga.

4. Cycas revoluta Thunb:

Cresce allo stato selvatico in Giappone, Cina e Taiwan ed è ampiamente coltivato in diverse parti del mondo, compresa l'India. È così chiamato per i margini rivoluti delle sue foglioline. È un albero simile a una palma, il cui tronco raggiunge fino a 2 metri di lunghezza. I coni maschili sono cilindrici o ovoidali-oblunghi. I megasporofilli sono lunghi 10-25 cm e densamente tomentosi

5. Cycas Rumphii Miq:

È un albero sempreverde simile alla palma distribuito nelle isole Andamane e Nicobare dell'India insieme a Sri Lanka, Malesia e Australia. Il suo tronco arriva fino a 4 metri mentre le foglie raggiungono una lunghezza di 1-2 metri con da 50 a 100 o più paia di foglioline. Il cono maschile ha un breve peduncolo e ha una forma da ellissoidale a oblunga. I megasporofilli sono ovato-lanceolati con molti piccoli denti.

6. Cycas siamensis Miq:

Si trova in Myanmar, Thailandia, Cina e Laos. È una palma e un albero timido. Le foglie raggiungono circa 1 metro di lunghezza. Le foglioline sono strette, lineari con apice mucronato o acuminato. Il cono maschile è ovoidale oblungo.

La lama sterile di Megasporophyll è tanto larga quanto lunga di solito con solo 2 ovuli. Burkill (1933) considerava Cycas siamensis come una forma geografica di C. pectinata. Anche Pant e Nautial (1963) considerano le due specie simili, principalmente a causa dei loro studi sull'epidermide e sull'anatomia.

2. Morfologia generale di Cycas:

Cycas è una pianta sempreverde simile a una palma (Fig. 8.8). Prima degli studi anatomici del fusto di Cycas revoluta da parte di Brongniart (1829), la Cycas era infatti considerata una palma. Il corpo della pianta è costituito da un tronco aereo colonnare con una corona di foglie pennate come sommità.

Secondo Eichler (1889), Coulter e Chamberlain (1910), Schuster (1932) e altri, nella pianta adulta persiste un sistema di radici a fittone, ma secondo Worsdell (1906) le radici a fittone sono presto sostituite da radici avventizie.

Le radici in Cycas sono di due tipi, vale a dire, radici a fittone normali che formano un sistema di radici a fittone e radici coralloidi. Le radici a fittone normali sono positivamente geotropiche, crescono in profondità nel terreno e generalmente non possiedono peli radicali. La loro funzione è quella di fissare la pianta nel terreno e di assorbire acqua e altri minerali.

Dalle radici normali si sviluppano dei rami laterali in prossimità della superficie del suolo. Queste radici laterali vengono infettate da alcuni batteri, funghi e alghe e sono chiamate radici coralloidi (Fig. 8.9). Crescono prima orizzontalmente nel terreno e si gonfiano alle punte.

Si dividono ripetutamente per formare grossi grappoli di strutture verdastre o brunastre, dall'aspetto simile al corallo. Si dividono in modo dicotomico, escono dal terreno sulla superficie del terreno e sono di natura fototrofica. Le piante giovani portano più radici coralloidi rispetto a quelle più vecchie.

Recentemente, Pant e Das (1990) hanno riportato radici aeree non coralloidi in Cycas circinalis, C. revoluta e C. rumphii. La caratteristica zona algale delle radici coralloidi è assente in queste radici. Questi sono positivamente geotropici, avventizi e si sviluppano dalla parte inferiore delle basi delle foglie o dei bulbilli quando sono ancora attaccati alla pianta.

Il gambo è spesso, legnoso e generalmente non ramificato. È tuberosa da giovane ma colonnare, eretta e robusta a maturità. Anche la ramificazione nel fusto (Fig. 8.10) non è rara dopo che le piante hanno raggiunto una certa età. La parte aerea del tronco rimane ricoperta da una fitta armatura di basi fogliari romboidali grandi e piccole.

Questi si verificano regolarmente in bande alternate (Fig. 8 .11). Le basi delle foglie più grandi rappresentano le basi delle foglie del fogliame, mentre quelle più piccole sono le basi delle foglie squamose nelle piante maschili e le squame e i megasporofilli nelle piante femminili. L'età della pianta può essere calcolata contando il numero di chiome di foglie e megasporofilli che vengono prodotte ogni anno.

Tra tutte le specie di Cycas, C. media è la più alta, raggiungendo un'altezza fino a 20 metri. Per quanto riguarda l'età delle Cycas, le piante possono sopravvivere a lungo. C. circinalis, se lasciata crescere indisturbata, può raggiungere un'età di 100 anni o anche di più.

In Cycas sono presenti due tipi di foglie. Queste sono foglie di fogliame di bue verde, assimilatrici e foglie squamose o catafilli.

1. Foglie di fogliame o fronde assimilatrici:

Queste sono foglie verdi, grandi, pinnate e robuste con un picciolo spinoso e un rachide grande e forte. Sono prodotti all'apice dello stelo sotto forma di corona. Il rachide porta molti volantini.

Con l'aiuto di una base fogliare romboidale espansa trasversalmente, una foglia rimane attaccata allo stelo. Sul picciolo sono presenti due file di spine forti e rigide. Queste spine si trasformano gradualmente in due file di padiglioni auricolari verso il lato superiore della foglia (Fig. 8.12).

Pant (1953) ha riportato molte anomalie nelle foglie di Cycas. L'autore, insieme a due suoi colleghi, ha anche riportato molte anomalie nelle parti vegetative di una pianta di Cycas circinalis di un anno che cresce nel giardino botanico del Meerut College, Meerut.

La foglia di Cycas è molto grande e può raggiungere fino a 3 metri di lunghezza in alcune specie come C. thouarsii. Due file di pinne sulle foglie possono essere alternate o opposte. Il numero di padiglioni auricolari varia nelle diverse specie. In una foglia matura possono essere presenti fino a cento paia di padiglioni auricolari.

Ogni pinna è di forma sessile, allungata, ovata o lanceolata con apice spinoso o acuto. I padiglioni auricolari sono ripetutamente e profondamente dicotomizzati in C. micholitzii (Fig. 8.13). Ogni pinna o fogliolina contiene una nervatura centrale senza alcuna ramificazione laterale.

La biforcazione della vena mediana del lembo è stata segnalata dall'autore in C. circinalis nel 1976. I margini dei lembi sono revoluti in C. revoluta e C. beddomei, mentre in C. rumphii e C. circinalis sono piatti.

Secondo Chamberlain (1935) il “vernation è circinato nella nervatura centrale e pinnule di Cycas”. Le foglie, quando sono giovani, hanno pinne circinate arrotolate come quelle delle felci (Fig. 8.14). Anche le parti molto giovani di Cycas sono ricoperte da peli simili a felci o rameta.

2. Foglie squamose o catafille:

Queste sono foglie secche, di colore marrone, un po' triangolari con un'estremità appuntita. Sono presenti all'apice del fusto e rimangono ricoperti da numerosi peli ramental (Fig. 8.15).

3. Anatomia delle parti vegetative di Cycas:

(i) Radice normale (giovane):

Ha un profilo circolare e assomiglia strutturalmente ai dicotiledoni (Fig. 8.16). Lo strato più esterno è l'epiblema o esoderma, che circonda la grande corteccia parenchimatosa. L'epiblema è costituito da cellule allungate tangenzialmente. Da alcune delle sue cellule nascono i peli radicali.

Nell'ampia zona della corteccia parenchimatosa sono presenti molti spazi intercellulari. Le cellule della corteccia rimangono piene di amido. Nella corteccia sono presenti anche alcune cellule piene di tannino, cellule di mucillagine e talvolta sferafidi. La corteccia è delimitata da un endoderma a strato singolo. I passaggi caspariani sono presenti nelle cellule a forma di botte dell'endoderma.

L'endoderma è seguito da un periciclo multistrato. I fasci di xilema e floema nelle radici sono disposti radialmente, cioè presenti su raggi diversi. Le radici sono solitamente di diarca, ma a volte il numero di filamenti di protoxilem varia da 3 a 8.

Il protoxylem è costituito da tracheidi a spirale mentre il metaxylem è costituito da tracheidi scalariformi. Le navi sono assenti. Il floema è presente alternativamente a gruppi xilematici ed è costituito da tubi setaccio e parenchima floema. Il midollo è generalmente assente.

(ii) Radice normale (vecchio) che mostra una crescita secondaria:

Le radici più vecchie (Fig. 8.17) subiscono una crescita secondaria. Il cambio taglia il floema secondario verso il lato esterno e lo xilema secondario verso il lato interno. Dopo qualche tempo anche le cellule del periciclo diventano meristematiche e formano un anello cambiale completo.

Lo xilema secondario è costituito da file radiali di tracheidi separate da cellule parenchimatose. Il floema primario frantumato è presente sotto forma di striature scure al di fuori del floema secondario. Lo xilema secondario è manoxvlic e contiene molti raggi multiseriati.

Il periderm inizia a svilupparsi nella corteccia delle vecchie radici. Alcune delle cellule della regione corticale più esterna iniziano a diventare meristematiche e funzionano come cambio di sughero. Taglia il sughero verso l'esterno e la corteccia secondaria verso l'interno. Le cellule di sughero sono morte e rimangono piene di subenn. Le radici di Cycas mostrano spesso due strati di periderma (Fig. 8.17).

L'epiblema è rotto e non ci sono peli radicali nelle radici più vecchie.

(iii) Radice coralloide:

Anatomicamente, le radici coralloidi (Fig. 8.18) assomigliano a radici normali, tranne alcune differenze sotto menzionate:

1. Il tessuto vascolare secondario nelle radici dei coralloidi è totalmente assente o poco sviluppato.

2. La corteccia è più ampia rispetto alla radice normale.

3. Presenza di una zona algale verdastra al centro della corteccia. Ma secondo Chaudhary e Akhtar (1931) la zona algale non è una presenza universale nelle radici coralloidi di Cycas. Può essere assente in tali radici coralloidi che vanno molto in profondità nel terreno. Secondo questi lavoratori solo quelle radici coralloidi sono geotropiche negativamente che sono infettate da membri algali.

La zona algale è costituita da cellule radialmente allungate, grandi e a parete sottile con ampi spazi intercellulari occupati da alghe. Life (1901) ha affermato che questi spazi si formano a causa del ritardo nella crescita di tali cellule che sono già infette da funghi e batteri.

Tali cellule infette non riescono a tenere il passo con le cellule vicine e viene prodotta una tensione che provoca la formazione di spazi d'aria mediante la rottura di alcune cellule. Questi spazi sono ulteriormente ampliati dall'infezione algale. Ma secondo Chaudhary e Akhtar (1931) l'alga è la principale responsabile della formazione di questi grandi spazi intercellulari.

I seguenti membri sono stati segnalati dalla zona algale delle radici coralloidi:

Anabaena cycadae, Nostoc punctiforme, Oscillatoria, Azotobacter, Pseudomonas radicicola e anche alcuni funghi. Secondo Kubitzki (1990) le alghe blu-verdi o i cianobatteri (Anabaena, Nostoc e Calothrix) possono essere raramente presenti a livello intracellulare (cioè all'interno della cellula) nelle radici coralloidi di Cycas. Ha affermato che queste alghe fissano l'azoto e promuovono la crescita della pianta ospite.

A causa della presenza di membri algali blu-verdi e di alcuni batteri azotofissatori, la funzione assegnata alle radici del coralloide è principalmente la fissazione dell'azoto. La presenza e la struttura dell'endoderma, del periciclo e dei fasci vascolari nelle radici del coralloide sono simili a quelle delle radici normali. Lo xilema è esarca e triarca.

(iv) Stelo:

Simile alla radice, anche il fusto della Cycas somiglia internamente con un fusto dicotiledone.

Presenta le seguenti caratteristiche anatomiche:

L'epidermide è lo strato più esterno costituito da cellule a parete spessa disposte in modo compatto. La presenza di più basi fogliari persistenti rende l'epidermide uno strato discontinuo e rotto. La corteccia è grande e consiste di cellule parenchimatose a parete sottile, piene di granuli di amido. Contiene numerosi canali mucillaginosi e tracce di cintura.

Ciascun canale della mucillagine è rivestito da molte cellule epiteliali o secretorie radialmente allungate (Fig. 8.19). I raggi midollari collegano i canali della mucillagine della corteccia con quello del midollo L'amido nelle cellule parenchimatose della corteccia è la fonte di ‘sago’. Endoderma e periciclo non sono chiaramente delimitati.

Numerosi fasci vascolari rimangono disposti ad anello. La stele è sifonostele ectofloica. Ciascun fascio vascolare è congiunto, collaterale, aperto ed endarca (Fig. 8.20). Lo xilema è costituito da tracheidi e parenchima xilematico (Fig. 8.21).

Protoxylem contiene tracheidi con ispessimenti a spirale mentre il metaxylem ha ispessimenti scalariformi con fosse bordate. Le navi sono assenti. Il floema si trova al di fuori dello xilema ed è costituito da tubi setaccio e parenchima floema. Le cellule compagne sono assenti.

Tra xilema e floema si trova il cambio primario, che rimane attivo solo per un breve periodo. Viene presto sostituito da un altro anello di cambio secondario da qualche parte nella corteccia. Questi anelli cambiali successivi formano 2-14 diversi anelli vascolari che mostrano una condizione polissilica nel vecchio stelo (Fig. 8.22).

Tra i fasci vascolari sono presenti numerosi raggi midollari larghi e ben sviluppati. Il midollo è grande, ben sviluppato e parenchimatoso. Contiene molti canali mucillaginosi.

(v) Tracce fogliari:

Le tracce fogliari rimangono sparse nella regione corticale del fusto e costituiscono l'apporto vascolare alle foglie dal cilindro vascolare principale. Normalmente, ci sono quattro tracce fogliari che formano l'apporto vascolare alla foglia. Due di questi sono tracce dirette, mentre le restanti due tracce di cintura d'ascia (Fig. 8.23).

Le tracce dirette si originano dal cilindro vascolare posto di fronte alla base fogliare mentre le tracce di cinto si sviluppano dal cilindro vascolare opposto a quello delle tracce dirette. Procedono insieme e si curvano presto in direzioni opposte, e cingendo il cilindro vascolare entrano nella base della foglia.

Nella regione corticale le tracce del cingolo restano connesse anche con altre tracce fogliari. Al momento del loro ingresso nel picciolo, i fasci di tracce fogliari si suddividono e formano molti fasci di piccioli. Questo tipo di tracce di cintura unica di Cycas, che si verificano anche nelle Magnoliaceae. mostrano una stretta relazione tra Cycadales di Gimnosperme e Magnoliaceae di dicotiledoni.

(vi) Crescita secondaria:

È simile a quello delle dicotiledoni. All'inizio Cycas è monossilico, cioè contiene un singolo anello di fasci vascolari. Ma uno o più anelli concentrici di fasci vascolari appaiono al di fuori dell'anello primario di fasci nei fusti più vecchi che mostrano una condizione polissilica (Fig. 8.24)

Con l'attività dei cambi interfascicolari e intrafascicolari, che si uniscono per formare un anello di cambio, viene avviata la crescita secondaria. Questo anello del cambio taglia il floema secondario verso il lato esterno e lo xilema secondario verso il lato interno. I raggi midollari ben sviluppati attraversano il tessuto vascolare secondario così formato.

Dopo un po' questo anello cambiale smette di funzionare e un secondo anello cambiale si sviluppa o nella corteccia parenchimatosa o nella regione del periciclo. Anche questo anello cambiale si comporta in modo simile.

In questo modo, nel fusto di Cycas pectinata di circa 20 cm di diametro si possono sviluppare fino a 14 anelli di tessuto vascolare che mostrano una condizione polissilica. Seward (1917) riportò 12 di tali anelli nello stelo di C. media di circa 30 cm di diametro, e Schuster (1932) riportò 22 di tali anelli nello stelo di C. rumphii aventi un diametro di circa 85 cm.

Gli anelli cambiali verso la periferia dello stelo formano un minor numero di fasci vascolari. Il cambio di sughero si sviluppa sulla regione esterna della corteccia e taglia il sughero verso il lato esterno e la corteccia secondaria verso il lato interno.

(vii) Rachide:

Il profilo della sezione trasversale è romboidale nella regione basale del rachide, biconvesso nel cambio medio e grossolanamente cilindrico nella regione apicale o all'apice del rachide. Sul rachide sono presenti due bracci della base delle foglioline, uno per lato (Fig. 8.25).

In T.S. il rachide rivela le seguenti strutture dall'esterno all'interno:

L'epidermide è lo strato più esterno del rachide costituito da cellule a parete spessa. È fortemente circolarizzato. Sia sui lati superiore che su quello inferiore sono presenti stomi infossati distribuiti irregolarmente. L'ipoderma è presente sotto l'epidermide.

È differenziato in 2-3 strati esterni di cellule a parete sottile contenenti clorofilla di clorenchima e 4-6 strati interni di cellule lignificate a parete spessa di sclerenchima. Lo sclerenchima è poco sviluppato sui lati laterali. Si vede anche mescolato con il clorenchima.

Il tessuto macinato è una vasta regione costituita da cellule parenchimatose a parete sottile. In questa regione sono presenti molti canali mucillaginosi e fasci vascolari. Il numero e la disposizione dei canali delle mucillagini non hanno una relazione definita con quella dei fasci vascolari. Ogni canale di mucillagine è una struttura a doppio strato costituita da uno strato interno di cellule epiteliali circondate da uno strato esterno.

I fasci vascolari sono disposti a forma di lettera greca invertita Omega (Ω) (Fig. 8.25). Verso la punta del rachide i fasci sono disposti a C e il loro numero è relativamente minore. Ciascun fascio vascolare rimane circondato da una guaina a fascio (Fig. 8.26). È congiunta, collaterale e aperta.

Lo xilema in ciascun fascio vascolare è presente verso l'interno. È costituito da tracheidi e parenchima xilematico. Il cambio separa lo xilema dal floema. Le navi sono assenti.

I fasci vascolari sono diplossilici, cioè costituiti da due tipi di xilema, vale a dire. xilema centripeto e xilema centrifugo. Il floema, presente verso il lato esterno del fascio vascolare, è costituito da tubi setaccio e parenchima floema. Le cellule compagne sono assenti.

I fasci vascolari mostrano struttura diversa a diversi livelli del rachide a partire dalla base fino all'apice, soprattutto per quanto riguarda la loro natura diplossilica.

La loro breve descrizione è sotto menzionata:

(un) Fasci vascolari alla base del rachide:

Solo lo xilema centrifugo è ben sviluppato nei fasci vascolari (Fig. 8.27A). Il suo protoxilem è rivolto verso il centro e mostra la condizione dell'endarca. Lo xilema centripeto non è sviluppato.

(B) Fasci vascolari nel mezzo del rachide:

Sono presenti sia lo xilema centripeto che quello centrifugo che mostrano una condizione diplossilica (Fig. 8.27B). Lo xilema centripeto è presente proprio di fronte al protossilema dello xilema centrifugo.

(C) Fasci vascolari all'apice del rachide:

Lo xilema centripeto è ben sviluppato, triangolare ed esarca (Fig. 8.27C). Lo xilema centrifugo è molto ridotto e presente sotto forma di due chiazze disposte una su ciascun lato degli elementi protoxilemici dello xilema centripeto. Lo xilema centrifugo è totalmente assente all'estremità estrema del rachide.

(viii) Opuscolo:

I volantini di Cycas sono grandi, duri, spessi e coriacei. In una sezione verticale il lembo si differenzia in una porzione rigonfia della costa centrale e due ali laterali (Figg. 8.28, 8.29). In C. revoluta e C. beddomei le ali sono ricurve verso il basso o rivolute ai margini, ma in C. circinalis, C. rumphii, C. pectinata e C. siamensis i margini sono piatti.

L'epidermide è lo strato più esterno costituito da cellule a parete spessa. È circondato da uno spesso strato di cuticola. L'epidermide superiore è uno strato continuo mentre la continuità dell'epidermide inferiore è interrotta da molti stomi infossati. Su tutti i lati delle cellule epidermiche si verificano semplici fossette quasi in serie regolari.

Secondo Pant e Mehra (1964), gli stomi sono di tipo aplocheilico (perigeno) in Cycas circinalis, C. revoluta e C rumphii. L'ipoderma è sclerenchimatoso e presente sotto l'epidermide. È assente al di sotto dell'epidermide inferiore, ma nella regione della nervatura centrale è spesso multicellulare.

Il mesofillo è ben sviluppato e rimane differenziato in parenchima a palizzata e spugnoso. Sotto l'ipoderma sclerenchimatoso è presente uno strato continuo di palizzata. Le sue cellule sono allungate radialmente e piene di cloroplasti. La palizzata può essere uno strato continuo sopra la nervatura centrale come in Cycas beddomei, C. media, C. pectinata e C. revoluta, oppure può essere uno strato discontinuo come in C. circinalis e C. rumphii.

Il parenchima spugnoso è presente solo nelle ali, direttamente sopra l'epidermide inferiore. Le sue cellule sono ovali, piene di cloroplasti e disposte in modo lasco con molti spazi intercellulari pieni d'aria. Il tessuto trasfusionale è costituito da due piccoli gruppi di cellule tracheidi corte e larghe con ispessimenti reticolati o fossette bordate sulle pareti.

Queste cellule sono state nominate come tessuto trasfusionale da Von Mohl (1871) e sono state descritte per la prima volta da Frank (1864). Pochi strati di cellule trasversalmente allungate sono presenti in entrambe le ali proprio tra la palizzata e il parenchima spugnoso.

Questo rappresenta il tessuto trasfusionale accessorio o il tessuto trasfusionale secondario. Il tessuto trasfusionale secondario è stato anche chiamato idrostereoma da Bernard (1904) o parenchima radiale da Pilger (1926). Un grande significato filogenetico è stato attribuito al tessuto trasfusionale da Worsdell (1897).

Il fascio vascolare è uno e presente nella regione della nervatura centrale del lembo. È congiunto, collaterale, aperto e diplossilico. Lo xilema centrifugo triangolare è ben sviluppato con il protoxilem endarca. È rappresentato da due o talvolta più piccoli gruppi su entrambi i lati del protoxylem.

Il floema è a forma di arco e rimane separato dal cambio. Il floema è costituito da tubi setaccio e parenchima floema. Le cellule compagne sono assenti. La porzione della nervatura centrale tra lo strato a palizzata e la regione ipodermica inferiore è piena di cellule parenchimatose. Alcune di queste cellule contengono cristalli di ossalato di calcio.

4. Riproduzione in Cycas:

(io) Riproduzione vegetativa:

Il metodo più comune di propagazione vegetativa in Cycas è per bulbilli. I bulbilli si sviluppano dall'ascella delle foglie squamose. Sono strutture più o meno ovali con base larga che si restringe verso l'apice. Diverse foglie squamose sono disposte a spirale e compatte su uno stelo dormiente in un bulbillo (Fig. 8.30).

Al distacco dal fusto, un bulbillo inizia la germinazione producendo numerose radici verso il basso e una foglia verso l'alto. Un bulbillo da pianta maschio si svilupperà solo nella pianta maschio, mentre da pianta femmina si formerà solo la pianta femmina perché la Cycas è una pianta rigorosamente dioica.

(ii) Riproduzione sessuale:

Cycas è strettamente dioica, cioè gli organi sessuali maschili e femminili sono portati su piante separate. Dopo diversi anni di crescita vegetativa le piante iniziano a formare gli organi sessuali. Generalmente, le cicadee di età superiore ai 10 anni producono gli organi sessuali.

Le piante maschili sviluppano coni maschili o strobili maschili recanti microsporofille, mentre le piante femminili producono una raccolta sciolta di megasporofille. Il cono maschile è terminale mentre i megasporofilli sono prodotti in successione con le foglie alla sommità del fusto.

Strutture riproduttive maschili:

Il cono maschile (Fig. 8.31) o strobilo maschile è una struttura grande, conica od ovoidale, compatta, solitaria e con peduncolo corto, generalmente in posizione terminale. A volte raggiunge una lunghezza di 1,5 metri. Al centro del cono è presente un asse del cono (Fig. 8.32).

Diverse microsporofille attaccate perpendicolarmente sono disposte attorno all'asse del cono in spirali ravvicinate. Alla base del cono maschio sono presenti numerose foglie giovani. Tutti i microsporofilli in un cono maschile sono fertili tranne alcuni nelle sue parti basali e apicali.

La crescita terminale dello stelo viene controllata per qualche tempo quando un cono maschile appare al suo apice. È a causa del fatto che il meristema apicale viene utilizzato durante lo sviluppo del cono maschile. I coni di alcune specie di Cycas sono tra i più grandi del regno vegetale.

2. Microsporofille e 8217, microsporangi e microspore:

Le microsporofille (Fig. 8.33) sono strutture piatte, simili a foglie, legnose e di colore marrone con base stretta e porzione superiore espansa. La porzione espansa superiore diventa appuntita e si chiama apofisi. La base stretta è attaccata all'asse del cono con un gambo corto.

Ogni microsporofillo contiene due superfici, cioè una superficie adassiale o superiore e una superficie abassiale o inferiore. Sulla superficie adassiale è presente una sporgenza a cresta al centro e un'apofisi all'apice (Fig. 8.33).

Sulla superficie abassiale (Fig. 8.34A) sono presenti migliaia di microsporangi nella regione media nei gruppi di 3-5. Ciascuno di questi gruppi è chiamato sorus. Tra questi gruppi sono presenti molte strutture simili a capelli, che sono molto morbide e strutture uni o bicellulari (Fig. 8.34B).

In T.S. di un microsporofillo, sono presenti numerosi microsporangi sul lato abassiale (Fig. 8.35). Ciascun microsporangio a peduncolo corto, ovale o simile a una sacca è circondato da 5-6 strati. Gli strati della parete di ogni sporangio comprendono un'epidermide esterna spessa o esotecio, una zona centrale di cellule a parete sottile e uno strato più interno di tapetum (Fig. 8.36).

In ogni sporangio sono presenti molti granelli di polline o microspore. Nella regione espansa del microsporofillo sono presenti molti canali mucillaginosi e fasci vascolari. Ogni sporangio è provvisto di una linea di deiscenza radiale, che aiuta nella dispersione delle spore.

Le microsporofille non sono ramificate, ma Kashyap (1930) ha riportato alcune ramificazioni anomale delle microsporofille. Sono stati segnalati in media da 700 (Cycas circinalis) a 1160 (C. media) sporangi per sporofillo. Possono essere presenti più di 7.000.000.000 di microspore per cono.

Ogni microspore o granello di polline è una struttura arrotondata, unicellulare e uninucleata circondata da una spessa esina esterna e da una sottile intina interna. Il citoplasma circonda il nucleo centrale. È presente anche un grande vacuolo (Fig. 8.37).

Gli studi al microscopio elettronico a scansione di Sahashi e Ueno (1986) sui grani di polline di Cycas revoluta suggeriscono che sono oblunghi con un'apertura rimpicciolita di 1-solcato. Sculture simili a reticoli sono presenti sullo strato interno di esina, e in questo personaggio Cycas assomiglia a Ginkgo biloba.

3. Sviluppo del microsporangio:

È di tipo eusporangiato (Fig. 8 .38). Poche iniziali sporangiali ipodermiche si dividono penclinalmente per formare cellule della parete primaria esterna e cellule sporogene primarie interne. Le cellule della parete primaria si dividono e si ridividono periclinalmente e anticlinalmente per formare 5-7 cellule della parete spessa dello sporangio mentre le cellule sporogene primarie si dividono per formare molte cellule sporogene.

Mediante ulteriori divisioni le cellule sporogene si sviluppano in cellule madri microspore. Questi ultimi si dividono in modo riduttivo per formare microspore aploidi o granuli pollinici disposti tetraedricamente.

Il tapetum, che viene utilizzato per la formazione delle spore, si sviluppa o dallo strato più esterno del tessuto sporigeno o dallo strato più interno del tessuto della parete. Microspore è la prima cellula del gametofito maschile con numero aploide di cromosomi.

Il numero di cromosomi aploidi in Cycas è 11. Ma in C. revoluta a volte è anche 12. Le piante femminili sono omogametiche con cromosomi di tipo XX mentre le piante maschili sono eterogametiche con cromosomi di tipo XY.

Organi riproduttivi femminili:

Il vero cono femminile o strobilo è assente Cycas. Gli organi riproduttivi femminili sono presenti sotto forma di megasporofilli. Numerosi megasporofilli sono presenti intorno all'apice del tronco monopodiale della pianta femminile sopra ogni corona di fogliame e foglie squamose (Fig. 8.39).

Simile alle foglie del fogliame, anche i megasporofilli rimangono disposti a spirale all'apice del fusto ma il loro numero è molto grande e quindi appaiono come una rosetta. Foglie vegetative e fertili megasporofilli vengono prodotti in successione alternata senza mostrare alcun effetto sul fusto apicale degli uomini.

Pant (1953) ha osservato che di solito i megasporofilli di Cycas vengono prodotti solo una volta all'anno. Dall'apice del fusto principale nascono i megasporofilli in successione acropeta.

Ogni megasporofillo è considerato una modifica della foglia del fogliame. Raggiunge fino a 30 cm o più di lunghezza in diverse specie. È un corpo piatto costituito da una porzione frondosa superiore sezionata o pennata, porzione media portante dell'ovulo e picciolo prossimale. Il picciolo varia in lunghezza nelle diverse specie.

La parte mediana è relativamente più larga del picciolo e porta ovuli disposti in due file pennate. Il numero di ovuli varia tra 2-12 nelle diverse specie. Gli ovuli sono verdi da giovani ma a maturità sono carnosi e strutture di colore arancione brillante o rosso.

La parte superiore, conica sterile del megasporofillo è divisa pinnately in Cycas revoluta (Fig. 8.40), C. pectinata (Fig. 8.41 B) e C. siamensis (Fig. 8.41 A). Ma il margine della parte superiore è variamente seghettato con apice acuto affusolato in C. beddomei (Fig. 8.42C), C. circinalis (Fig. 8.42A) e C. rumphii (Fig. 8.42B).

Cycas thouarsi contiene l'ovulo più grande tra le gimnosperme viventi che misura circa 7 cm di lunghezza. I megasporofilli rimangono ricoperti da molti peli gialli o marroni.

Gli ovuli di Cycas sono ortotropi, unitigmi e con peduncolo corto. Generalmente, uno o qualche volta più ovuli si sviluppano completamente su un megasporofillo. Molti di quelli non impollinati rimangono piccoli e alla fine abortiscono.

La superficie esterna dell'ovulo può essere liscia come in C. circinalis o ricoperta di peli giallo-arancio come in C. revoluta.Dopo la fecondazione questi peli vengono persi, l'ovulo si trasforma in seme e il suo colore cambia da giallo arancio a rosso vivo.

Il singolo tegumento è molto spesso e copre l'ovulo da tutti i lati tranne un'apertura simile a una bocca chiamata micropilo.

Il tegumento è costituito da tre strati:

(i) Strato esterno, verde o arancione, carnoso chiamato sarcotesta,

(ii) strato medio, giallo, pietroso chiamato sclerotesta, e

Nella regione parenchimatosa del sarcotesta sono presenti numerose cellule tanniche e canali di mucillagine. Alcuni pigmenti sono presenti anche nel sarcotesta e nell'epidermide. La sclerotesta è costituita da cellule lignificate a parete spessa. Lo strato carnoso interno è costituito da cellule parenchimatose e rimane in stretta associazione con il nucleo.

Il nucleo cresce in una porzione simile a un becco chiamata becco nucellare. Quest'ultimo sporge nel canale micropilare. Alcune cellule nella parte superiore del nucleo si dissolvono e formano una struttura simile a una cavità chiamata camera pollinica (Fig. 8.43). I grani di polline vengono ricevuti nella camera pollinica dopo l'impollinazione.

Il nucleo si riduce sotto forma di un sottile strato cartaceo nei semi maturi e racchiude il massiccio gametofito femminile (endosperma). All'interno del nucleo è presente un megaspore ingrandito o il sacco embrionale. L'endosperma è formato dalle ripetute divisioni del nucleo megaspore seguite dalla formazione di cellule libere.

Appena sotto la camera pollinica è presente una camera archegoniale. 3-6 archegonia sono presenti nel gametofito femminile vicino alla camera archegoniale. Quest'ultimo rimane pieno di un fluido.

3. Rifornimento vascolare dell'ovulo:

Stopes (1904) ha lavorato sulla fornitura vascolare di semi di Cycas. Di diversi fasci del megasporofillo solo tre entrano alla base dell'ovulo (Fig. 8.43). Di questi tre fasci, quello centrale entra nella base dello strato carnoso interno del tegumento. Dopo il suo ingresso si divide in un numero di rami, che arrivano tutti fino all'estremità calaza del nucleo. Ma nessuno di loro penetra nel nucleo.

Ciascuno dei restanti due fasci laterali entra nello strato carnoso esterno e si biforca in un grande ramo esterno e un piccolo ramo interno. Il ramo esterno collaterale e mesarca percorre tutto lo strato carnoso esterno fino all'apice dell'ovulo. Il ramo interno rimanente penetra nel forte strato pietroso medio ed entra nello strato carnoso interno, a cui si alimenta fino all'estremità micropilare dell'ovulo.

4. Formazione di megaspore:

Nella regione centrale del nucleo, il nucleo di una delle cellule si allarga. Il suo contenuto citoplasmatico diventa denso e aumenta anche di dimensioni. Questa cellula rappresenta la cellula madre megaspore, che si divide in modo riduttivo per formare quattro megaspore aploidi disposte in una tetrade lineare (Fig. 8.44).

Di queste quattro megaspore, le tre superiori si presentano verso l'estremità del micropilo degenerano, lasciando solo la megaspore funzionale più bassa o la cellula del sacco embrionale. Questa è la prima cellula del gametofito femminile.

5. Importanza economica di Cycas:

1. Cycas è usato come fonte di cibo in Giappone, Australia, Sud-Est asiatico, parti meridionali e orientali dell'India e alcuni altri paesi. Viene utilizzato nella preparazione di amido e bevande alcoliche. L'amido, estratto dal suo gambo, si chiama ‘sago'.

‘Sago’ si prepara nel modo seguente:

La corteccia del tronco viene rimossa e il tronco viene tagliato in dischi sottili. Questi vengono essiccati, macinati e si prepara una pasta con l'aggiunta di acqua Si aggiunge acqua in eccesso e la pasta viene lasciata per qualche tempo in una posizione ferma.

L'amido si deposita e il liquido superiore trasparente viene drenato. Tra le tavole, l'amido viene arrotolato. Ciò conferisce all'amido una caratteristica forma rotonda. Alla fine viene essiccato e venduto come ‘sago’ sul mercato.

2. In Giappone, i semi e il gambo di Cycas revoluta sono usati per preparare il vino.

3. Il succo ottenuto dalle giovani foglie di Cycas circinalis viene utilizzato nelle malattie della pelle, nel vomito di sangue e nei disturbi dello stomaco.

4. Il decotto di giovani semi rossi di C. circinalis è usato come purgante ed emetico.

5. Per alleviare il mal di testa, le vertigini e il mal di gola, i semi di Cycas revoluta vengono preparati sotto forma di tintura e utilizzati.

6. Le piante di Cycas revoluta e C. circinalis sono coltivate a scopo ornamentale in varie parti del mondo.

7. Il legno di Cycas revoluta viene utilizzato per la preparazione di piccole scatole e stoviglie.

8. Le foglie di Cycas, essendo molto grandi, vengono utilizzate per preparare cesti, stuoie, ecc.

9. I semi di Cycas circinalis sono usati nella Kampuchea democratica come veleno per i pesci.


Risultati

Identificazione e caratterizzazione di una nuova classe di AMP da parenti di agrumi HLB-tolleranti.

Attraverso l'analisi comparativa dell'espressione di piccoli RNA e mRNA tra cultivar HLB-sensibili, ibrido di agrumi HLB-tollerante US-942 (Poncirus trifoliata × Agrumi reticolati), e microcitrus Sydney ibrido 72 (Syd 72, Microcitrus virgate a partire dal M. australis × M. australasica) (14), abbiamo identificato un elenco di geni di risposta immunitaria delle piante candidati che sono potenzialmente responsabili della tolleranza HLB. Un gene candidato codifica per un peptide di 67 aminoacidi (aa) contenente due predetti domini α-elica (15), che è omologo a un 109-aa Arabidopsis proteina termostabile HS1 con attività antimicrobica e antimicotica (16). Qui, abbiamo chiamato questo peptide SAMP.

Per determinare se SAMP è associato alla tolleranza HLB, abbiamo clonato SAMP geni da parenti di agrumi tolleranti all'HLB, incluso il finger lime australiano (M. australasica), lime del deserto australiano (E. glauca), arancia finta hawaiana (Murraya paniculata), Khasi papada (Latipes agli agrumi), e sette arance trifogliate (P. trifogliato). Tutti questi parenti di agrumi hanno una versione lunga (109-aa) e almeno una corta (67-aa) di SAMP (SI Appendice, Fichi. S1B e S2), mentre le varietà di agrumi HLB-sensibili Clementina agli agrumi (Cc) e Citrus sinensis (Cs) hanno solo il SAMP lungo (LSAMP) con 118 aa e 109 aa di lunghezza, rispettivamente, in base al database Citrus Genome (https://www.citrusgenomedb.org) (SI Appendice, Fig. S2). SAMP ha livelli di mRNA significativamente più alti in entrambi gli ibridi HLB-tolleranti US-942 e Syd 72 (SI Appendice, Fig. S1UN) di LSAMP negli alberi di controllo sensibili all'HLB. I SAMP condividono un'elevata somiglianza di sequenza con il dominio C-terminale dei LSAMP. In finger lime (Ma), lime del deserto (Per esempio), trifogliato (Pt) Drago volante, e Pt Florida, abbiamo identificato due SAMP strettamente correlati. Poiché le sequenze del genoma di questi parenti di agrumi non sono attualmente disponibili, potrebbero esserci più SAMP codificati in questi genomi. L'abbiamo trovato SAMP trascritti hanno un livello di espressione di mRNA significativamente più alto nelle varietà HLB-tolleranti rispetto a LSAMP nelle varietà HLB-sensibili (Fig. 1UN).

Un peptide antimicrobico termostabile, SAMP, identificato da parenti di agrumi tolleranti all'HLB ha attività battericida. (UN) Il livello di espressione di SAMP in diversi agrumi e parenti di agrumi è stato analizzato mediante qRT-PCR e normalizzato a actina. La differenza significativa è indicata da *P < 0.05 analizzato da T test. (B) I SAMP sono stati rilevati mediante analisi Western blot utilizzando un anticorpo anti-MaSAMP in bucce di corteccia di tessuto ricco di floema di Cs, Ma, e Pt. La colorazione di Ponceas (PS) è stata utilizzata come controllo del caricamento. (C e D) L'attività battericida di diverse concentrazioni (C) o pretrattamento termico (D) della soluzione MaSAMP è stata esaminata da Lcr saggi di vitalità/citotossicità. La streptomicina è stata utilizzata per l'analisi comparativa. Come controllo è stato utilizzato il tampone con 10 μM di BSA. Il DMAO (colorante verde) e l'EthD-III (colorante rosso) colorano rispettivamente i batteri vivi e quelli morti.

Successivamente, per sondare se SAMP è presente nel floema, dove CLas si trova, abbiamo generato un anticorpo nativo contro SAMP e rilevato la versione corta di 6,7 kD nelle bucce di corteccia di tessuto ricco di floema di HLB-tollerante Ma e Pt ma non nel suscettibile Cs (Fig. 1B). Questi risultati supportano ulteriormente che i SAMP sono probabilmente associati al tratto di tolleranza HLB.

SAMP ha attività battericida ed è stabile al calore.

Per testare la capacità dei SAMP di trattare le malattie da Liberibacter e per identificare la variante SAMP più efficace, abbiamo sviluppato un metodo di screening funzionale rapido, utilizzando un C. Liberibacter solanacearum (CLso)/psilla di patata/Nicotiana benthamiana sistema di interazione per mimare il circuito naturale di trasmissione e infezione del complesso HLB (14). Abbiamo esaminato i SAMP di diversi parenti di agrumi e abbiamo scoperto che il SAMP di M. australasica Il finger lime australiano (MaSAMP) ha avuto l'effetto più forte sia sulla soppressione CMalattia Lso e inibizione della crescita batterica nelle piante (SI Appendice, Fig. S3), mentre il LSAMP ha un effetto nullo o molto debole. Pertanto, MaSAMP è stato utilizzato per le analisi successive.

Per determinare direttamente l'attività battericida di MaSAMP su Liberbacter spp., abbiamo sviluppato un test di vitalità/citotossicità di Liberibacter crescens (Lcr), uno stretto parente coltivabile del CLas e CLso (17 ⇓ –19). Usando questo test, abbiamo scoperto che 10 μM MaSAMP può uccidere le cellule batteriche e indurre l'aggregazione non più rapidamente di 30 minuti dopo il trattamento (Fig. 1C). Concentrazioni di MaSAMP inferiori di 1 μM o 100 nM possono ancora uccidere il batterio entro 5 ore dal trattamento (Fig. 1C). Inoltre, abbiamo scoperto che MaSAMP, a una concentrazione di appena 100 nM, è più efficiente nell'uccidere i batteri rispetto all'antibiotico battericida Streptomicina a una concentrazione di 172 μM (100 μg/mL) dopo 5 ore di trattamento (Fig. 1C). La streptomicina richiede comunemente più tempo per uccidere i batteri.

Mentre la sensibilità al calore degli antibiotici è un grave inconveniente per il controllo CCome nei campi di agrumi, abbiamo scoperto che i SAMP sono sorprendentemente stabili al calore. Un'esposizione prolungata a temperature estreme di 60 °C per 20 ore ha avuto un effetto minimo su MaSAMP, che conservava ancora la maggior parte della sua attività battericida (Fig. 1D), mentre la Streptomicina ha perso completamente la sua attività antibatterica a seguito della stessa incubazione a temperatura (Fig. 1D). Pertanto, SAMP è un AMP derivato dalla pianta stabile al calore che può uccidere direttamente Lcr e sopprimere CLso nelle piante.

SAMP sopprime CLas in HLB-Alberi positivi.

Per determinare se MaSAMP può anche sopprimere CCome negli alberi di agrumi, abbiamo utilizzato il metodo di iniezione pneumatica del tronco per fornire la soluzione MaSAMP negli alberi di agrumi HLB-positivi (SI Appendice, Fig. S4). Nel nostro primo esperimento, abbiamo ottenuto otto CLas-positivo Citrus macrophylla con titolo batterico simile e sintomi della malattia per il trattamento. Sei alberi sono stati iniettati con MaSAMP (10 μM) e due alberi sono stati iniettati con la soluzione simulata (Fig. 2). Otto settimane dopo la prima dose di iniezione di MaSAMP, le foglie sono state raccolte dal nuovo flusso su ciascun albero per CAnalisi dell'ultimo titolo. I sintomi della malattia e il titolo batterico in tutti e sei gli alberi trattati sono stati drasticamente ridotti rispetto alle piante finte trattate (Fig. 2 UNC). Per di più, CLas non era rilevabile in uno degli alberi trattati con MaSAMP (numero 111, Fig. 2C). Dopo le prime due iniezioni iniziali con 2 mesi tra il trattamento, abbiamo monitorato CL'ultimo titolo sugli alberi senza trattamento aggiuntivo per 6 mesi e ha osservato che il CL'ultimo titolo ha iniziato ad aumentare dopo 5 mesi, anche se le nuove foglie sembravano ancora sane. CLas è rimasta non rilevabile nell'albero 111. Abbiamo quindi iniettato la soluzione MaSAMP altre due volte (con 2 mesi tra i trattamenti) e abbiamo osservato una rapida diminuzione della CUltimo titolo (Fig. 2C). Inoltre, il nuovo lavaggio delle piante trattate con MaSAMP non ha mostrato sintomi di HLB, mentre il nuovo lavaggio delle piante trattate in modo simulato ha continuato a mostrare sintomi di strisce gialle (Fig. 2B). Questi risultati suggeriscono che i trattamenti MaSAMP a intervalli di 2 mesi sono efficaci per controllare l'HLB.

MaSAMP sopprime CLas in diverse varietà di agrumi HLB-positivi. Citrus macrophylla (UNC, dopo quattro dosi di iniezione), 'Madam Vinous' arancia dolce (DF, dopo quattro dosi di iniezione) e limone "Lisbona" ​​(Gio, dopo tre dosi di iniezione) sono stati iniettati con tampone (simbolo) o MaSAMP (10 μM). B, E, e h mostra nuove foglie o vampate negli alberi mostrati in UN, D, e G, rispettivamente. I programmi di trattamento per UN, D, e G sono stati indicati in una linea temporale con mesi (M) nella parte superiore di C, F, e io, rispettivamente. Sono indicati i punti temporali dell'iniezione (Inj, freccia verde) e l'ora della morte dell'albero (stella rossa). Il CUltimo titolo dei singoli alberi in prova UN, D, e G al tempo di campionamento indicato è stata misurata mediante qPCR su CLas 16S rDNA utilizzando il protocollo standard USDA (C, F, e io, Inferiore). La differenza significativa è indicata da *P < 0,01 analizzato da T test.

Nel nostro prossimo ciclo di test, abbiamo usato 14 arance dolci HLB-positive "Madam Vinous" (Cs) 10 mesi dopo l'inoculazione dell'innesto. Questo insieme di alberi presentava gravi sintomi di declino dell'HLB con simili e alti CUltimo titolo. Dopo i trattamenti MaSAMP, gli alberi hanno aumentato la crescita e sviluppato nuove vampate asintomatiche, mentre gli alberi fittizi hanno continuato a mostrare vampate sintomatiche (Fig. 2 D e E). Due mesi dopo il primo e il quarto trattamento, il CL'ultimo titolo è stato esaminato. Il titolo è stato ridotto dopo il primo trattamento ed è rimasto basso dopo il quarto trattamento negli alberi trattati con MaSAMP, mentre ha continuato ad aumentare negli alberi trattati con simulazione, due dei quali alla fine sono morti per HLB 4 mesi dopo l'ultima iniezione simulata (Fig. 2F). Nel nostro terzo ciclo di test, abbiamo utilizzato sette alberi di limone "Lisbona" ​​HLB-positivi con simili CUltimo titolo. I due alberi trattati con finto non sono stati in grado di produrre nuove foglie e sono morti 6 mesi dopo la prima iniezione, mentre gli alberi trattati con MaSAMP avevano una crescita migliorata e mostravano una nuova vampata sana (Fig. 2 G e h). Confrontando il CL'ultimo titolo 2 mesi dopo il primo e il terzo trattamento, abbiamo scoperto che il trattamento MaSAMP potrebbe sopprimere il CLas cresce negli alberi di limoni rispetto agli alberi finti (Fig. 2io). Presi insieme, questi risultati dimostrano in tre prove che l'iniezione di SAMP può sopprimere CL'ultimo titolo in tre diverse varietà di agrumi sensibili all'HLB e può causare il recupero di alberi in condizioni di salute in declino.

Il trattamento SAMP salvaguarda la salute degli agrumi da CL'infezione.

Proteggere alberi di agrumi e alberelli HLB-negativi da CL'infezione di Las è fondamentale per la gestione dell'HLB. L'istituzione di un innesco difensivo nelle piante può promuovere risposte immunitarie dell'ospite più rapide e/o più forti alle sfide dei patogeni (7, 8). Per determinare se MaSAMP ha attività di innesco, lo abbiamo applicato mediante spray fogliare a Nb, pomodoro e piante di agrumi. Abbiamo scoperto che l'applicazione MaSAMP può indurre l'espressione di un insieme di geni di difesa e attivare risposte di difesa sistemiche in Nb e pomodoro (SI Appendice, Fig. S5). Allo stesso modo, MaSAMP ha chiaramente attivato l'induzione prolungata di geni di risposta di difesa come le proteine ​​​​correlate alla patogenesi PR1 e PR2 e un enzima della biosintesi di SA e delle vie del fenilpropanoide, la fenilalanina ammoniaca-liasi1 (AMICO), negli agrumi (Fig. 3UN) (7). Pertanto, SAMP può potenzialmente "vaccinare" alberi di agrumi non infetti e indurre risposte di difesa per combattere l'HLB e forse altre minacce di agenti patogeni.

MaSAMP protegge gli agrumi sani da CQuesta infezione. (UN) Il livello di espressione dei geni marcatori di difesa negli aranci dolci "Valencia" trattati con MaSAMP è stato fortemente indotto per un periodo di tempo prolungato. Il livello di espressione relativa è stato analizzato mediante qRT-PCR e normalizzato all'actina. (BE) Due gruppi di aranci dolci "Madam Vinous" sono stati irrorati per via fogliare con tampone (finto) o soluzione MaSAMP (10 μM) prima dell'esposizione all'ACP (B) o infezione da trapianto (D). I programmi di trattamento per B e D sono stati indicati in una linea temporale con mesi (M) nella parte superiore di C e E, rispettivamente. Sono stati indicati i punti temporali di irrorazione (freccia verde) e il momento in cui gli alberi sono morti (stella rossa). Il CUltimo titolo dei singoli alberi in prova B e D al tempo di campionamento indicato è stato mostrato nel mezzo di C e E, rispettivamente. Le tabelle del pannello inferiore di C e E rappresentano il numero degli alberi infetti e morti. (F) MaSAMP è stato rilevato con Western blot mediante anticorpo anti-MaSAMP nel fluido vascolare raccolto da foglie spruzzate con MaSAMP. Le vene centrali sono state protette dal rubinetto prima della spruzzatura per evitare il contatto diretto di MaSAMP con le vene centrali. (G) Le foglie sistemiche degli alberi che hanno le foglie inferiori pulite con la soluzione MaSAMP utilizzando un batuffolo di cotone sono state raccolte 24 ore o 7 giorni dopo l'applicazione di MaSAMP. Il MaSAMP è stato rilevato mediante Western blot nel fluido vascolare della vena centrale da foglie sistemiche non trattate. La colorazione di Ponceas (PS) è stata utilizzata come controllo del caricamento.

Per identificare i componenti chiave di segnalazione coinvolti nelle risposte immunitarie indotte da SAMP e per chiarire il meccanismo sottostante, abbiamo selezionato diversi regolatori principali delle risposte immunitarie delle piante, incluso il non-espressore del gene 1 correlato alla patogenesi (NPR1) (20), soppressore dell'allele G2 di skp1 (SGT1) (21), e il corecettore di diverse chinasi simili a recettori coinvolte nella difesa delle piante, la chinasi del recettore 1 associata a BRI1 (BAK1)/recettore somatico dell'embriogenesi chinasi3 (SERK3) (22), per valutare il loro ruolo nell'immunità innescata da SAMP. Abbiamo eseguito il silenziamento genico indotto da virus (VIGS) (23) per abbattere questi regolatori immunitari in Nb piante e poi esaminato il PR espressione genica dopo trattamento con MaSAMP (SI Appendice, Fig. S6). I risultati hanno mostrato che il silenziamento di NPR1 e SGT1 in gran parte abolita l'espressione del gene PR indotta da SAMP (SI Appendice, Fig. S6UN), indicando che l'immunità delle piante attivata da SAMP è NPR1- e SGT1-dipendente. Tuttavia, VIGS di entrambi BAK1 omologhi SERK3A e SERK3B in Nb non ha avuto effetto, suggerendo che BAK1/SERK3 non sono necessari per il riconoscimento e la segnalazione SAMP.

Per testare la capacità di protezione di SAMP sugli alberi di agrumi, abbiamo applicato la soluzione o tampone MaSAMP come finto trattamento mediante spray fogliare su 20 giovani alberi di arancio dolce "Madam Vinous" sani. A 5 giorni dal trattamento, gli alberi sono stati esposti al trasporto di ACP CLas sotto la condizione di "alimentazione senza scelta" per 21 giorni. Successivamente abbiamo trattato gli alberi con la soluzione MaSAMP mediante irrorazione fogliare ogni 2 mesi. A 12 mesi dall'inoculazione, gli alberi irrorati con MaSAMP hanno mostrato una crescita migliorata rispetto agli alberi finti trattati (Fig. 3B). A 14 mesi dopo l'inoculazione, sono stati testati 9 alberi su 10 trattati in modo simulato CLas positivo e 4 deceduti (Fig. 3C). Negli alberi trattati con MaSAMP, solo tre sono risultati positivi, ciascuno con un valore molto basso CUltimo titolo (Fig. 3C). Per la prova successiva, abbiamo innestato gemme positive per HLB come inoculo su nove alberi portainnesti HLB-negativi trattati con MaSAMP e nove trattati simulatamente. Simile all'inoculazione mediata da ACP, gli alberi trattati con MaSAMP avevano una crescita migliorata rispetto al trattamento simulato (Fig. 3D). A 10 mesi dall'innesto, tutti gli alberi finti trattati erano HLB positivi, mentre solo quattro dei nove alberi trattati con MaSAMP erano HLB positivi, con un livello significativamente basso CUltimo titolo (Fig. 3E).

La somministrazione di nebulizzazione fogliare è un metodo comune e pratico per le applicazioni sul campo. Per determinare se il SAMP entra nel sistema vascolare degli agrumi dopo l'applicazione fogliare, abbiamo tagliato la vena centrale coperta dalle foglie dopo l'applicazione a spruzzo e raccolto il fluido vascolare. Abbiamo rilevato l'assorbimento vascolare di SAMP già 6 ore dopo la spruzzatura (Fig. 3F). Per eliminare la potenziale contaminazione da nebbia, abbiamo successivamente pulito manualmente la soluzione MaSAMP con batuffoli di cotone sulle foglie inferiori dell'albero di agrumi e raccolto il fluido vascolare dalla vena centrale delle foglie superiori non trattate. Abbiamo rilevato che MaSAMP è stato trasportato sistematicamente alle foglie superiori già 24 ore dopo il trattamento e che il MaSAMP trasportato è rimasto stabile nel sistema vascolare per almeno 7 giorni (Fig. 3G). Circa da 9,8 a 22 μM di MaSAMP è stato rilevato nel fluido vascolare raccolto dalle nervature centrali delle foglie 24 ore dopo il trattamento (SI Appendice, Fig. S7UN), che abbiamo trovato essere una concentrazione sufficiente per uccidere rapidamente Lcr nel saggio di fattibilità (SI Appendice, Fig. S8). Inoltre, la quantità di MaSAMP rilevata nelle foglie di agrumi era correlata negativamente con la CUltimo titolo nelle foglie, che supporta ulteriormente che MaSAMP inibisce CLas (SI Appendice, Fig. S7B). Pertanto, SAMP viene rapidamente assorbito dalle foglie di agrumi e si sposta sistematicamente negli alberi attraverso il sistema vascolare, dove CLas è presente. L'esistenza di SAMP nel sistema vascolare è di lunga durata.

Il SAMP è efficace contro gli α-proteobatteri e provoca la perdita di cellule e la lisi.

Molti AMP mostrano attività antimicrobica su una serie di microrganismi (24). Per comprendere meglio la gamma di attività antimicrobica di SAMP, abbiamo eseguito saggi di vitalità su una varietà di batteri, inclusi i gram-positivi Bacillus subtillis (Bs), α-proteobatteri gram-negativi inclusi Lcr e Agrobacterium tumefaciens (In), e γ-proteobatteri compreso Escherichia coli e Xanthomonas campestris pv. Vesicatoria (Xcv). MaSAMP ha una forte attività antibatterica contro Lcr e In a 10 μM ma non contro Bs, E. coli, o Xcv (Fig. 4UN). La concentrazione inibitoria minima di MaSAMP da inibire Lcr e In è di circa 10 μM (SI Appendice, Fig. S8). Erano necessarie alte concentrazioni di MaSAMP di 200 μM e 120 μM per inibire in modo significativo Bs e E. coli, rispettivamente (Fig. 4UN). Con il numero limitato di ceppi di batteri testati, abbiamo scoperto che il SAMP può essere più efficace sugli α-proteobatteri.

MaSAMP è più efficace sugli α-proteobatteri. (UN) I test di vitalità/citotossicità dei batteri di MaSAMP sono stati eseguiti su Bacillus subtilis (Bs), Liberibacter crescens (Lcr), Agrobacterium tumefaciens (In), Escherichia coli (E. coli), e Xanthomonas campestris pv. Vesicatoria (Xcv). Le cellule verdi e rosse indicano rispettivamente le cellule vive e morte. Le foto sono state scattate 5 ore dopo il trattamento. (B) L'immagine TEM di cellule Lcr trattate con 10 μM MaSAMP o BSA (simulazione) ha mostrato perdita di citosol e rilascio di vescicole 0,5 ore dopo il trattamento. La lisi cellulare è stata osservata 2 ore dopo il trattamento. La perdita di citosol o il rilascio di vescicole sono indicati dalle frecce nere.

Per comprendere il meccanismo dell'attività battericida del MaSAMP, i cambiamenti morfologici di Lcr dopo il trattamento con MaSAMP sono stati osservati mediante microscopia elettronica a trasmissione. Applicazione di MaSAMP da 10 μM a Lcr ha causato la perdita di citosol e il rilascio di piccole vescicole extracellulari dopo 30 minuti di incubazione (Fig. 4B). Il Lcr le cellule sono state lisate entro 2 ore dall'incubazione. Il rilascio delle vescicole era potenzialmente causato dal mantenimento compromesso dell'asimmetria lipidica della membrana, dalle modificazioni dei lipopolisaccaridi indotte o dall'accumulo di proteine ​​mal ripiegate nella membrana esterna (25). Abbiamo isolato la frazione di membrana da quella trattata con MaSAMP Lcr e ha rilevato l'arricchimento di MaSAMP nella frazione della membrana esterna rispetto alla frazione della membrana interna (SI Appendice, Fig. S9). Pertanto, MaSAMP probabilmente interrompe principalmente la membrana esterna di Lcr e rompe le cellule batteriche, che porta alla lisi cellulare.

La seconda α-elica di SAMP è il principale motivo battericida.

Per comprendere il meccanismo d'azione di SAMP, abbiamo modellato la sua struttura, che contiene due brevi frammenti α-elicoidali collegati da una regione di cerniera prolina con un capolinea N e C sciolto (Fig. 5 UN e B) (26). L'elica anfipatica2 ha i residui idrofobici rivolti verso un lato (Fig. 5C). Abbiamo rilevato che MaSAMP forma polimeri (probabilmente esameri basati sul peso molecolare) nel gel nativo (Fig. 5D), suggerendo che questo peptide probabilmente forma una struttura simile a un poro. Diversi oligomeri MaSAMP resistenti al sodio dodecil sufato (SDS) sono stati osservati nel gel denaturante SDS (Fig. 5).E), indicando che gli oligomeri di SAMP sono piuttosto stabili. Per determinare il dominio critico di SAMP per la sua funzione, abbiamo generato una serie di versioni troncate di MaSAMP, inclusa la forcina a doppia elica (MaSAMPnC), α-helix1 (MaSAMP-helix1) e solo α-helix2 (MaSAMP-helix 2), per testare la loro attività battericida. I risultati indicano che α-helix2 è in gran parte responsabile dell'attività antibatterica, sebbene l'attività MaSAMP a lunghezza intera sia leggermente superiore (Fig. 5 F e G). Triplicando la quantità, MaSAMP-helix2 può raggiungere fino al 90% di attività del MaSAMP a lunghezza intera (Fig. 5G e SI Appendice, Fig. S10). Inoltre, abbiamo anche rilevato i polimeri (di nuovo molto probabilmente esameri basati sul peso molecolare) utilizzando solo il dominio helix2 (MaSAMP-helix2) (Fig. 5D), suggerendo ulteriormente che questo peptide forma oligomeri usando il suo dominio helix2.

Il dominio α-elica2 di MaSAMP è il motivo battericida chiave e il SAMP è presente nei frutti e rapidamente degradato dalla pepsina. (UN) Il diagramma della struttura SAMP. (B) La struttura prevista di SAMP dallo SWISS-MODEL. I residui idrofobici sono contrassegnati in rosso. (C) È stato previsto il diagramma a ruota elicoidale del dominio α-helix2. I residui idrofobici sono cerchiati in blu. (D) Il dominio MaSAMP e MaSAMP-helix2 formano solo polimeri (probabilmente esameri) nel gel PAGE nativo. (E) MaSAMP forma oligomeri resistenti alla SDS. (F e G) L'attività battericida di vari MaSAMP troncati è stata esaminata utilizzando Lcr saggio di vitalità/citotossico. Le cellule verdi e rosse indicano rispettivamente le cellule vive e morte. (h) La fitotossicità di MaSAMP è stata valutata infiltrando diverse concentrazioni di soluzione di MaSAMP o BSA nella foglia di arancia dolce. (io) MaSAMP è stato rilevato mediante Western blot utilizzando l'anticorpo anti-MaSAMP nel tessuto del frutto del finger lime australiano (Ma) e arancia trifogliata (Pt) ma non Limone (Cl). Le immagini di frutta corrispondenti sono mostrate nel pannello superiore. (J) MaSAMP è stato rapidamente degradato dopo l'incubazione con pepsina umana nel corso del tempo.

Valutazione della tossicità del SAMP.

Poiché il SAMP è interiorizzato dagli agrumi, è importante testarne la fitotossicità. Abbiamo iniettato diverse concentrazioni di soluzione MaSAMP direttamente nelle foglie di agrumi e abbiamo scoperto che MaSAMP ha poca fitotossicità anche a una concentrazione fino a 100 μM (Fig. 5h). Inoltre, abbiamo scoperto che MaSAMP può essere rilevato nel tessuto del frutto sia del finger lime australiano tollerante all'HLB che dell'arancia trifogliata mediante analisi Western blot (Fig. 5io). MaSAMP è molto sensibile alla pepsina endopeptidasi umana, un importante enzima gastrico prodotto dalle cellule principali dello stomaco (Fig. 5J). Pertanto, MaSAMP nel finger lime australiano è già stato consumato dagli esseri umani per centinaia di anni e può essere facilmente digerito. Questi risultati suggeriscono una bassa possibilità di tossicità del SAMP sugli agrumi e sull'uomo, sebbene siano necessari ulteriori test di valutazione della sicurezza per l'approvazione normativa.


Uso e gestione

Sebbene sia un albero piuttosto grande, il pioppo tulipano potrebbe essere utilizzato lungo le strade residenziali con lotti molto grandi e molto terreno per la crescita delle radici se arretrato di 10 o 15 piedi. Generalmente non piantato in grandi numeri e probabilmente il migliore per un esemplare o per rivestire ingressi commerciali con molto spazio nel terreno. Gli alberi possono essere piantati dai contenitori in qualsiasi momento nel sud, ma il trapianto da un vivaio di campo dovrebbe essere fatto in primavera, seguito da un'irrigazione fedele. Le piante preferiscono un terreno acido e ben drenato. Le condizioni di siccità in estate possono causare la defogliazione prematura delle foglie interne che ingialliscono di un giallo brillante e cadono a terra, specialmente sugli alberi appena trapiantati. L'albero può essere di breve durata in alcune parti della zona di resistenza USDA 9, sebbene ci siano un certo numero di giovani esemplari di circa due piedi di diametro nella parte meridionale della zona di resistenza USDA 8b. Di solito è consigliato solo per i siti umidi in molte parti del Texas, incluso Dallas, ma è cresciuto in un'area aperta con molto spazio nel terreno per l'espansione delle radici vicino a Auburn e Charlotte senza irrigazione dove gli alberi sono vigorosi e hanno un bell'aspetto.

Ci sono diverse cultivar: "Aureo-maculatum" - foglie con macchie gialle, "Aureo-marginatum" - foglie bordate di giallo, "Fastigiatum" - crescita colonnare, "Pyramidale" - portamento stretto. Nessuno è comunemente disponibile.

Parassiti

Gli afidi, in particolare l'afide dei tulipani, possono accumularsi in grandi quantità, lasciando pesanti depositi di melata sulle foglie inferiori, sulle auto e su altre superfici dure sottostanti. Sulla melata può crescere una muffa nera e fuligginosa. Sebbene ciò arrechi pochi danni permanenti all'albero, la melata e la muffa fuligginosa possono essere fastidiose.

Le scaglie dei tulipani sono marroni, ovali e possono essere viste per la prima volta sui rami più bassi. Le squame depositano melata che favorisce la crescita della fuliggine. Usa spray all'olio per l'orticoltura in primavera prima che inizi la crescita delle piante.

Tuliptree è considerato resistente alla falena zingara.

Malattie

Tuliptree viene attaccato da diversi cancri. I rami infetti e cinti muoiono dalla punta al punto di infezione. Mantieni gli alberi sani ed elimina i rami infetti.

Le macchie fogliari di solito non sono abbastanza gravi da giustificare i controlli chimici. Una volta che le foglie sono fortemente infette, si perde l'opportunità di controllo chimico. Rastrellare e smaltire le foglie infette. Le foglie cadono spesso durante l'estate e ricoprono il terreno di foglie gialle e maculate.

L'oidio provoca un rivestimento bianco sulle foglie e di solito non è dannoso.

La muffa fuligginosa crea un rivestimento nero su foglie e steli. Il fungo cresce sulla melata lasciata dagli insetti, in particolare dagli afidi. Controlla la muffa fuligginosa prevenendo l'accumulo di popolazioni di insetti.

L'appassimento del Verticillium provoca l'appassimento e la morte delle foglie sui rami infetti. Le infezioni gravi uccidono gli alberi. Mantieni gli alberi vigorosi con un programma di manutenzione regolare, incluso il fertilizzante.

Durante il clima caldo e secco, le foglie interne ingialliscono e cadono. Questa condizione è dovuta al tempo e non è una malattia. Il problema è più comune sugli alberi appena trapiantati, ma si sviluppa frequentemente anche sugli alberi stabiliti. L'ingiallimento può essere preceduto da piccole macchie angolari marroni sulle foglie.


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