Functional characterization of biochemically-isolated proteins is a central task in the biochemical and genetic description of the biology of cells and tissues. Protein identification by mass spectrometry consists of associating an isolated protein with a specific gene or protein sequence in silico, thus inferring its specific biochemical function based upon previous characterizations of that protein or a similar protein having that sequence identity. By performing this analysis on a large scale in conjunction with biochemical experiments, novel biological knowledge can be developed. The study presented here focuses on mass spectrometry-based proteomics of organisms with unsequenced genomes and corresponding developments in biological sequence database searching with mass spectrometry data. Conventional methods to identify proteins by mass spectrometry analysis have employed proteolytic digestion, fragmentation of resultant peptides, and the correlation of acquired tandem mass spectra with database sequences, relying upon exact matching algorithms; i.e. the analyzed peptide had to previously exist in a database in silico to be identified. One existing sequence-similarity protein identification method was applied (MS BLAST, Shevchenko 2001) and one alternative novel method was developed (MultiTag), for searching protein and EST databases, to enable the recognition of proteins that are generally unrecognizable by conventional softwares but share significant sequence similarity with database entries (~60-90%). These techniques and available database sequences enabled the characterization of the Xenopus laevis microtubule-associated proteome and the Dunaliella salina soluble salt-induced proteome, both organisms with unsequenced genomes and minimal database sequence resources. These sequence-similarity methods extended protein identification capabilities by more than two-fold compared to conventional methods, making existing methods virtually superfluous. The proteomics of Dunaliella salina demonstrated the utility of MS BLAST as an indispensable method for characterization of proteins in organisms with unsequenced genomes, and produced insight into Dunaliella?s inherent resilience to high salinity. The Xenopus study was the first proteomics project to simultaneously use all three central methods of representation for peptide tandem mass spectra for protein identification: sequence tags, amino acids sequences, and mass lists; and it is the largest proteomics study in Xenopus laevis yet completed, which indicated a potential relationship between the mitotic spindle of dividing cells and the protein synthesis machinery. At the beginning of these experiments, the identification of proteins was conceptualized as using ?conventional? versus ?sequence-similarity? techniques, but through the course of experiments, a conceptual shift in understanding occurred along with the techniques developed and employed to encompass variations in mass spectrometry instrumentation, alternative mass spectrum representation forms, and the complexities of database resources, producing a more systematic description and utilization of available resources for the characterization of proteomes by mass spectrometry and advanced informatic approaches. The experiments demonstrated that proteomics technologies are only as powerful in the field of biology as the biochemical experiments are precise and meaningful.

Der Mangel an Nährstoffen im Boden, hauptsächlich an Phosphor (P) und Stickstoff (N), verbunden mit einem hohen Salzgehalt und der generellen Verarmung landwirtschaftlicher Böden , sind ein ernstes Problem für die landwirtschaftliche Produktion weltweit. Daher besteht ein dringender Bedarf an Forschung und Entwicklung geeigneter landwirtschaftlicher Praktiken, um ungünstige Bodenbedingungen zu verringern und wenn möglich die Fruchtbarkeit von Kulturland wiederherzustellen. Die Verwendung von Rhizobakterien, die das Pflanzenwachstum (PGPR) fördern, kann sich bei der Entwicklung von Strategien zur Erleichterung des Pflanzenwachstums unter normalen Wachstumsbedingungen sowie unter abiotischen Stress als nützlich erweisen. Diese Bakterien bieten ihren pflanzlichen Wirten Vorteile, indem sie die Aufnahme von Bodenmineralien fördern und Pflanzen vor schädlichen Umwelteinflüssen schützen. Die vorliegende Arbeit bewertet die Rolle von in Kamerun natürlich vorkommenden PGPR an Mais und untersucht deren Potenzial als Bioimpfstoffe zur Steigerung des Pflanzenwachstums in Kamerun. Wir prüfen die Hypothese, dass einheimische Bakteriengemeinschaften aus Kamerun einen hohen Anteil an Bakterien aufweisen, deren Eigenschaften Kulturpflanzen helfen, mit ungünstigen Bedingungen umzugehen. In der vorliegenden Arbeit wurden dazu Bakteriengemeinschaften der Rhizosphäre von in Kamerun angebautem Mais isoliert und untersucht. Zum ersten Mal erfolgte eine umfassende phylogenetische Zuordnung aller kultivierbaren Bakterien, auf Grundlage ihrer potenziellen Fähigkeiten zur Förderung des Pflanzenwachstums. / Nutrient deficiencies in soil, mainly in phosphorus (P) and nitrogen (N), coupled to salinity and the impoverishment of agricultural soils, are a severe problem for agricultural production worldwide. Therefore, there is an urgent need for research and development of more suitable agricultural practices in order to reduce unfavorable conditions, and if possible, to restore the fertility of cultivated lands. The use of rhizobacteria, which promote plant growth (PGPR), can prove useful in developing strategies to facilitate plant growth under normal as well as under abiotic stress conditions. These bacteria offer benefits to plant hosts by promoting the uptake of soil minerals and protecting plants from environmental stresses. The thesis evaluates the role of native PGPR associated with maize as potential bio-inoculants for plants growth in Cameroon. We hypothesized that native bacterial communities from Cameroon include a high potential of bacteria helping the plant cope with unfavorable conditions. Here, we provide for the first time a comprehensive phylogenetic affiliation of cultivable bacterial communities associated with maize rhizosphere grown in Cameroon in relationship to their potential plant growth-promoting abilities.

No description available.

Tesis por compendio / [ES] El cambio climático ha aumentado la exposición de los cultivos a estreses como la sequía o la salinidad y, por tanto, tiene un impacto negativo en el rendimiento de las plantas y los cultivos en un mundo con una población en aumento en el que la seguridad alimentaria está amenazada. Existe un interés en desarrollar variedades y cultivares con mayor tolerancia a estreses abióticos. Con esta finalidad desarrollamos un abordaje, en cultivos con un alto valor económico y nutricional como brócoli y melón, para identificar rasgos fisiológicos y bioquímicos posiblemente limitantes de estrés abiótico y, por tanto, podrían ser dianas biotecnológicas para mejorar la tolerancia a estrés abiótico o que pueden ser útiles para predecir la tolerancia de variedades no caracterizadas previamente. En la presente tesis, empleamos fisiología y metabolómica para identificar como rasgos distintivos de tolerancia a estrés por sequía en brócoli, la fotosíntesis neta, la eficiencia en el uso del agua, la conductancia estomática, el ácido abscísico, metabolitos relacionados con el metabolismo del azufre y otras moléculas como la urea, el ácido quínico y el ácido glucónico lactona. Por otra parte, en melón encontramos el potencial hídrico y varios aminoácidos como serina, fenilalanina, glicina, isoleucina, asparagina y triptófano como rasgos distintivos entre cultivares tolerantes o sensibles bajo estrés por sequía. Al respecto del estrés salino, identificamos el ratio Na+/K+ como rasgo distintivo tanto para brócoli como para melón mientras que sólo en brócoli, la transpiración y la conductancia estomática como rasgos fisiológicos útiles y, en cuanto a rasgos bioquímicos, hormonas como el ácido abscísico, el ácido jasmónico y el ácido indol-3-acético así como metabolitos del ciclo de Krebs y el contenido total de los relacionados glutatión, cisteína y metionina y prolina, se mostraron como indicadores de respuestas a estrés salino en brócoli. Sin embargo, en melón, encontramos prolina, fenilalanina e histidina como rasgo distintivo de tolerancia a estrés salino. También utilizamos herramientas metabolómicas para identificar que el ácido γ-aminobutírico correlaciona con un mejor sabor del brócoli. Además, dada la importancia del metabolismo del azufre y la tolerancia al estrés, así como su relación con las propiedades nutricionales del brócoli, llevamos a cabo la caracterización de las enzimas serina O-acetiltransferasas de brócoli. La evidencia que encontramos sugiere que las dianas biotecnológicas más prometedoras para mejorar la tolerancia al estrés son los parálogos BoSAT1d y BoSAT3. / [CA] El canvi climàtic ha augmentat l'exposició dels cultius a estressos com la sequera o la salinitat i, per tant, té un impacte negatiu en el rendiment de les plantes i els cultius en un món amb una població en augment on la seguretat alimentària està amenaçada . Hi ha un interès a desenvolupar varietats i cultivars amb més tolerància a estressos abiòtics. A aquest efecte desenvolupem un abordatge, en cultius amb un alt valor econòmic i nutricional com ara bròquil i meló, per identificar trets fisiològics i bioquímics possiblement limitants d'estrès abiòtic i, per tant, podrien ser dianes biotecnològiques per millorar la tolerància a estrès abiòtic o que poden ser útils per predir la tolerància de varietats no prèviament caracteritzades. En aquesta tesi, utilitzem fisiologia i metabolòmica per identificar com a trets distintius de tolerància a estrès per sequera en bròquil, la fotosíntesi neta, l'eficiència en l'ús de l'aigua, la conductància estomàtica, l'àcid abscísic, metabòlits relacionats amb el metabolisme del sofre i altres molècules com la urea, l'àcid quínic i l'àcid glucònic lactona. D'altra banda, en meló trobem el potencial hídric i diversos aminoàcids com a serina, fenilalanina, glicina, isoleucina, asparagina i triptòfan com a trets distintius entre cultivars tolerants o sensibles sota estrès per sequera. Pel que fa a l'estrès salí, identifiquem la ràtio Na+/K+ com a tret distintiu tant per a bròquil com per a meló mentre que només en bròquil, la transpiració i la conductància estomàtica com a trets fisiològics útils i, quant a trets bioquímics, hormones com l'àcid abscísic , l'àcid jasmònic i l'àcid indol-3-acètic així com metabòlits del cicle de Krebs i el contingut total dels relacionats glutatió, cisteïna i metionina i prolina, es van mostrar com a indicadors de respostes a estrès salí en bròquil. Tot i això, en meló, trobem prolina, fenilalanina i histidina com a tret distintiu de tolerància a estrès salí. També utilitzem eines metabolòmiques per identificar que l'àcid γ-aminobutíric correlaciona amb un millor sabor del bròquil. A més, atesa la importància del metabolisme del sofre i la tolerància a l'estrès, així com la seva relació amb les propietats nutricionals del bròquil, duem a terme la caracterització dels enzims serina O-acetiltransferases de bròquil. La seva evidència suggereix que les dianes biotecnològiques més prometedores per millorar la tolerància a l'estrès són els paràlegs BoSAT1d i BoSAT3. / [EN] Climate change has increased the exposure of crops to stresses like drought and salinity and, thus, it has a negative impact on plant performance and crop yield in a world with an increasing population. This threatens food security. There is an interest in developing new varieties and cultivars of crops with enhanced tolerance to abiotic stresses. With this aim, we developed an approach in crops with high economic and nutritional values, such as broccoli and melon, to identify physiological and biochemical traits that could be limiting factors for abiotic stress and, thus are likely biotechnological targets for improving abiotic stress tolerance or may be useful for predicting tolerance of uncharacterized varieties. In the present thesis, we used physiology and metabolomics to identify as distinctive traits for drought stress tolerance in broccoli, net photosynthesis, water use efficiency, stomatal conductance, abscisic acid, metabolites related to sulfur metabolism and other molecules such as urea, quinic acid and gluconic acid lactone. On the other hand, in melon, we found water potential and several amino acids as serine, phenylalanine, glycine, isoleucine, asparagine and tryptophan to be differential traits among tolerant and sensitive cultivars under drought stress. Regarding salt stress tolerance, we identified Na+/K+ ratios as a distinctive trait for both broccoli and melon whereas in broccoli, but not melon, transpiration, and stomatal conductance were useful physiological traits. Concerning biochemical traits, hormones, such as abscisic acid, jasmonic acid and indole-3-acetic acid, metabolites of the Krebs cycle and total content of the related glutathione, cysteine and methionine and proline proved to be indicative of saline stress responses in broccoli. However, in melon, we found only proline, phenylalanine and histidine as a distinctive trait of salt stress tolerance. We also used metabolomic tools to identify that γ-Aminobutyric acid correlates with a better taste in broccoli. Given the importance of sulfur metabolism in stress tolerance, as well as its link with the nutritional properties of broccoli, we also carried out the characterization of the serine O-acetyltransferase enzymes in broccoli. Among the eight isoforms found in this species, our data suggest that the most promising biotechnological targets for enhancing stress tolerance are the BoSAT1d and the BoSAT3 paralogues. / I am a recipient of the FPU19/01977 grant from the Spanish Ministerio de Universidades. This work was funded by the RTC-2017-6468-2-AR project (APROXIMACIONES MOLECULARES PARA INCREMENTAR LA TOLERANCIA A SALINIDAD Y SEQUÍA DEL BRÓCOLI) awarded by the “Agencia estatal de Investigación” / Chevilly Tena, S. (2024). Molecular approaches to characterize and improve abiotic stress tolerance in broccoli and other crops [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/213681 / Compendio

Tesis por compendio / [ES] La agricultura moderna enfrenta un doble desafío, garantizar la seguridad alimentaria mundial y ejecutarla de manera sostenible. Se prevé que la población mundial seguirá creciendo durante las próximas tres décadas, hasta alcanzar aproximadamente 10×109 personas en 2050. Sin embargo, el estrés por salinidad plantea un peligro importante no solo en la degradación del suelo sino además para el crecimiento, desarrollo y rendimiento de diversos cultivos, poniendo en riesgo la alimentación mundial; siendo considerado como uno de los agentes más dañinos para el ciclo de vida de la planta. Actualmente, entre el 20% y el 30% de la tierra cultivable en todo el mundo está afectada por la salinidad, y se estima que para 2050 el área afectada superará el 50%. Situación que ha empeorado a lo largo de los años debido al impacto del cambio climático acelerado. Generalmente, la mayoría de los cultivos hortícolas son altamente susceptibles a la salinidad, con un umbral no mayor a 2 dS m-1. Estos cultivos están conformados por una amplia gama de especies de gran importancia para la alimentación humana. El tomate (Solanum lycopersicum L.) y la lechuga (Lactuca sativa L.), son cultivos hortícolas de alto valor para la economía y el consumo de la humanidad. La producción de tomate en el mundo asciende a más de 182 millones de toneladas y de lechuga a más de 29 millones. Sin embargo, el estrés salino provoca una reducción significativa en el desarrollo de estos cultivos y una pérdida de rendimiento a través del estrés iónico, osmótico y oxidativo. En los últimos años, los productos bioestimulantes han sido reconocidos como herramientas agronómicas innovadoras para generar sistemas sostenibles, mejorando la productividad agrícola, el rendimiento, la salud de las plantas y la tolerancia a factores de estrés como la salinidad. Prueba de ello es el aumento de las publicaciones científicas y la constante expansión de su mercado. De hecho, los bioestimulantes afectan positivamente el metabolismo de las plantas en condiciones ambientales óptimas y subóptimas. Sin embargo, los procesos que desencadenan los bioestimulantes suelen ser difíciles de identificar y todavía están en estudio. Por tanto, es crucial evaluar los mecanismos de acción de los bioestimulantes en diferentes condiciones experimentales, como se ha realizado en el presente estudio. El estudio presenta dos objetivos, un principal: Determinar la influencia de la aplicación de dos formulaciones del bioestimulante BALOX® sobre los mecanismos de tolerancia al estrés osmótico, iónico y oxidativo causado por el exceso de sales solubles en cultivos hortícolas; y un objetivo secundario: Evaluar los efectos de la aplicación del producto bioestimulante BALOX® sobre la mejora de la calidad de distintos suelos tanto en condiciones no salinas como salinas. Para alcanzar el primer objetivo, se evaluó el impacto de dos formulaciones y diferentes dosis del bioestimulante y se analizaron diversos parámetros biométricos de las plantas de tomate y lechuga, y múltiples marcadores bioquímicos de estrés, como pigmentos fotosintéticos, concentraciones de iones en raíces y hojas, contenidos foliares de diferentes osmolitos, marcadores de estrés oxidativo, y compuestos antioxidantes, así como la actividad específica de diversas enzimas antioxidantes, en plantas sometidas a la combinación de diversos niveles de salinidad del agua de riego y del suelo en distintas clases texturales. Respecto al segundo objetivo, se estudió el efecto del bioestimulante en la mejora de la calidad del suelo, que es el medio que sustenta el sistema radicular. Para ello, se analizaron varias propiedades físicas (estabilidad de los agregados, densidad aparente y porcentaje de porosidad) y químicas (conductividad eléctrica, capacidad de intercambio catiónico y materia orgánica) del suelo. Además, se determinaron diferentes parámetros del sistema radicular y foliar de plantas de S. lycopersicum... / [CA] L'agricultura moderna enfronta un doble desafiament, garantir la seguretat alimentària mundial i executar-la de manera sostenible. Es preveu que la població mundial continuarà creixent durant les pròximes tres dècades, fins a aconseguir aproximadament 10×109 persones en 2050. No obstant això, l'estrés per salinitat planteja un perill important no sols en la degradació del sòl sinó a més per al creixement, desenvolupament i rendiment de diversos cultius, posant en risc l'alimentació mundial; sent considerat com un dels agents més nocius per al cicle de vida de la planta. Actualment, entre el 20% i el 30% de la terra cultivable a tot el món està afectada per la salinitat, i s'estima que per a 2050 l'àrea afectada superarà el 50%. Situació que ha empitjorat al llarg dels anys a causa de l'impacte del canvi climàtic accelerat. Generalment, la majoria dels cultius hortícoles són altament susceptibles a la salinitat, amb un límit no major a 2 dS m-1. Estos cultius estan conformats per una àmplia gamma d'espècies de gran importància per a l'alimentació humana. La tomaca (Solanum lycopersicum L.) i l'encisam (Lactuca sativa L.), són cultius hortícoles de gran importància per a l'economia i el consum de la humanitat. La producció de tomaca en el món ascendix a més de 182 milions de tones i l'encisam a més de 29 milions. No obstant això, l'estrés salí provoca una reducció significativa en el desenvolupament d'estos cultius i una pèrdua de rendiment a través de l'estrés iònic, osmòtic i oxidatiu. En els últims anys, els productes biostimulants han sigut reconeguts com a ferramentes agronòmiques innovadores per a generar sistemes sostenibles, millorant la productivitat agrícola, el rendiment, la salut de les plantes i la tolerància a factors d'estrés com la salinitat. Prova d'això és l'augment de les publicacions científiques i la constant expansió del seu mercat. De fet, els biostimulants afecten positivament el metabolisme de les plantes en condicions ambientals òptimes i subòptimes. No obstant això, els processos que desencadenen els biostimulants solen ser difícils d'identificar i encara estan en estudi. Per tant, és crucial avaluar els mecanismes d'acció dels biostimulants en diferents condicions experimentals, com s'ha realitzat en el present estudi. L'estudi presenta dos objectius, un principal: Determinar la influència de l'aplicació de dos formulacions del biostimulant BALOX® sobre mecanismes de tolerància a l'estrés osmòtic, iònic i oxidatiu causat per l'excés de sals solubles en cultius hortícoles; i un objectiu secundari: Avaluar els efectes de l'aplicació del producte biostimulant BALOX® sobre la millora de la qualitat de diferents sòls tant en condicions no salines com salines. Per a aconseguir el primer objectiu, es va avaluar l'impacte de dos formulacions i diferents dosis del biostimulant i es va analitzar diversos paràmetres biomètrics de les plantes de tomaca i encisam, i múltiples marcadors bioquímics d'estrés, com a pigments fotosintètics, concentracions d'ions en arrels i fulles, continguts foliars de diferents osmolits, marcadors d'estrés oxidatiu, l'activitat específica de diversos antioxidants enzimàtics i compostos antioxidants, en plantes sotmeses a la combinació de diversos nivells de salinitat de l'aigua de reg i del sòl en diferents classes texturals. Respecte al segon objectiu, es va estudiar l'efecte del biostimulant en la millora de la qualitat del sòl, que és el medi que sustenta el sistema radicular. Per a això, es van analitzar diverses propietats físiques (estabilitat dels agregats, densitat aparent i percentatge de porositat) i químiques (conductivitat elèctrica, capacitat d'intercanvi catiònic i matèria orgànica) del sòl. A més, es van determinar diferents paràmetres del sistema radicular i foliar de plantes de S. lycopersicum. L'aplicació del biostimulant BALOX ® va tindre un efecte global positiu en el creixement de les plantes de tomaca i encisam tractades... / [EN] Modern agriculture faces a double challenge: guaranteeing global food security and executing it in a sustainable manner. The world population is expected to continue growing over the next three decades, reaching approximately 10x109 people in 2050. However, salinity stress poses a significant danger not only to soil degradation but also to the growth, development and yield of various crops, putting global food at risk and being considered one of the most harmful agents for the life cycle of the plant. Currently, between 20% and 30% of arable land worldwide is affected by salinity, and it is estimated that by 2050 the affected area will exceed 50%. A situation that has worsened over the years due to the impact of accelerated climate change. Generally, most horticultural crops are highly susceptible to salinity, with a threshold no greater than 2 dS m-1. These crops comprise a wide range of species of great importance for human nutrition. Tomato (Solanum lycopersicum L.) and lettuce (Lactuca sativa L.) are horticultural crops of great importance for the economy and consumption of humanity. Tomato production in the world amounts to more than 182 million tons, and lettuce production to more than 29 million. However, salt stress causes a significant reduction in the development of these crops and a loss of yield through ionic, osmotic and oxidative stress. In recent years, biostimulant products have been recognized as innovative agronomic tools to generate sustainable systems, improving agricultural productivity, yield, plant health and tolerance to stress factors such as salinity. Proof of this is the increase in scientific publications and the constant expansion of their market. In fact, biostimulants positively affect plant metabolism under optimal and suboptimal environmental conditions. However, the processes triggered by biostimulants are often difficult to identify and are still being studied. Therefore, it is crucial to evaluate the mechanisms of action of biostimulants under different experimental conditions, as has been done in the present study. The study has two objectives: the main one is to determine the influence of the application of two formulations of the biostimulant BALOX® on the tolerance mechanisms to osmotic, ionic and oxidative stress caused by excess soluble salts in horticultural crops; and a secondary objective is to evaluate the effects of the application of the biostimulant product BALOX® on the improvement of the quality of different soils in both non-saline and saline conditions. To achieve the first objective, the impact of two formulations and different doses of the biostimulant was evaluated by analyzing various biometric parameters of tomato and lettuce plants, and multiple biochemical stress markers, such as photosynthetic pigments, ion concentrations in roots and leaves, foliar contents of different osmolytes, oxidative stress biomarkers, and antioxidant compounds, as well as the specific activity of several antioxidant enzymes, in plants subjected to the combination of various salinity levels of irrigation water and soil in different textural classes. Regarding the second objective, the effect of the biostimulant on improving the quality of the soil, which is the medium that supports the root system, was studied. To this end, several physical (aggregate stability, apparent density and percentage of porosity) and chemical (electrical conductivity, cationic exchange capacity and organic matter) properties of the soil were analyzed. In addition, different parameters of the root and leaf system of S. lycopersicum plants were determined. The application of the biostimulant BALOX® had an overall positive effect on the growth of the treated tomato and lettuce plants... / Zuzunaga Rosas, JG. (2024). Evaluación del producto bioestimulante BALOX® como inductor de tolerancia en cultivos hortícolas frente al estrés causado por el exceso de sales solubles en suelos y aguas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/213213 / Compendio