The sun is the primary source of all chemical energy on the planet. Starch granules have evolved as storage deposits for captured light energy. Many complex biological functions take place at the starch granule surface, including starch granule metabolism and defense. The starch granule-associated protein puroindoline is a known antimicrobial with unique functional and biological properties, attributed to the presence of a unique tryptophan-rich domain. To test puroindoline's tight association, puroindoline removed from the starch granule surface during water-washing was assessed. Washing more than eight times failed to further reduce puroindoline content of starch granules, suggesting a strong association of puroindoline with the starch granule surface. To identify the tryptophan-rich domain tightly associated with the starch granule surface, we used a combination of in situ tryptic digestion and mass spectrometry. We identified the tryptophan-rich domain of puroindoline directly bound to the starch granule surface of wheat. This is the first instance of the tryptophan-rich domain directly observed at the starch granule surface. In addition, using mass spectrometry, we determined that during development and maturation, wheat seeds appear to have resisted infection and lysed the pathogens where, upon desiccation, the molecular evidence remained fixed at the starch granule surface. Proteins with known antimicrobial activity were identified, as well as several proteins from the plant pathogens Agrobacterium tumefaciens, Pectobacterium carotovorum, Fusarium graminearum, Magnaporthe grisea, Xanthomonas axonopodis, and X. oryzae. Future characterization may reveal previously unknown host-pathogen interactions. Finally, we have demonstrated that puroindoline, when expressed in the seeds of transgenic corn, will localize and associate with the starch granule surface in a pattern similar to the puroindoline expression pattern observed in wheat. Surprisingly, puroindoline expression in transgenic corn is correlated with an increase in total seed oil content.

O acúmulo de açúcares solúveis observados em banana madura é resultado da ação de diversas enzimas que atuam sob o amido acumulado durante o seu desenvolvimento. Este processo pode ocorrer fora da planta e, em um período relativamente curto conhecido como amadurecimento. A rápida mobilização associado à escassez de trabalhos que enfoquem o processo de degradação de amido em órgãos que armazenam amido temporariamente, como bananas, o objetivo desse estudo foi localizar cultivares que se comportem diferente do modelo Nanicão, que é objeto de estudo do laboratório há muito tempo, sendo por isso, a cultivar mais conhecida e estudada. Bananas pertencentes a diferentes grupos genômicos foram selecionadas e analisadas, sendo elas: Nanicão (AAA), Terra (AAB), Mysore (AAB), Pacovan (AAB) e Figo (ABB). Quanto aos parâmetros de amadurecimento analisados, as cultivares Nanicão, Terra e Pacovan tiveram um comportamento climatérico típico. A sacarose foi o açúcar predominante em todas as cultivares seguida pela glicose e frutose que mantiveram uma proporção 1: 1. A cultivar Nanicão teve maiores teores de açúcares solúveis seguida pela Figo, Pacovan, Terra e Mysore. Em extrato bruto de banana, os maiores valores de atividade da β-amilase foi verificada nos estágios finais do amadurecimento, enquanto que a da α-amilase foi, praticamente, constante durante o período analisado, com exceção da Figo. Para detectar a presença das amido-fosforilases foi realizado ensaio, em extrato bruto de banana, de eletroforese em condições nãodesnaturantes (PAGE-nativo) e, duas bandas com atividade foram visualizadas nas cultivares, com exceção da Mysore. O inicio do processo de degradação de amido ocorreu anterior a produção autocatalítica de etileno e, as cultivares tiveram diferentes percentuais de degradação de amido, sendo os maiores obtidos na Pacovan seguida pela Mysore, Nanicão, Figo e Terra. Os grânulos de amido das cultivares Terra e Figo mostraram-se resistentes a hidrólise enzimática. Todas as cultivares tiveram atividade de α e β-amilase associadas aos grânulos presentes desde as fases iniciais do amadurecimento. Somente na cultivar Mysore a atividade ligada da α-amilase foi superior ao da β-amilase. O conteúdo de amilose e a distribuição de tamanhos de cadeias da amilopectina não tiveram grandes variações ao longo do amadurecimento. As micrografias revelaram que com o avanço do amadurecimento as superfícies dos grânulos de amido sofrem a exposição de estruturas, os anéis de crescimento, decorrentes da ação de enzimas. As imagens de microscopia de força atômica relevaram a presença de estruturas semelhantes ao modelo dos bloquetes na superfície dos grânulos de amido em banana. / The soluble sugars accumulation in mature banana is consequence of several enzymes action on accumulate starch obtained during its development processo The starch degradation can occur outside the plant in a relatively short time called ripening. Associate at the faster starch mobilization, few works are available focusing this process in organs that store starch temporarily like banana. The aim of this study was identified cultivars that show different pattern of starch degradation when compared with Nanicão model. Bananas of different genomic groups were selected and analyzed, Nanicão (AAA), Terra (AAB), Mysore (AAB), Pacovan (AAB) and Figo (ABB). The Nanicão, Terra and Pacovan cultivars had a typical c1imacteric behavior. Sucrose was the predominant sugar followed by glucose and fructose that maintained 1:1 ratio, in all cultivars. Nanicão had the higher leveis of soluble sugars followed by Figo, Pacovan, Terra and Mysore. The onset of starch degradation seems to be independent of ethylene. The higher activities of β-amylase, in banana pulp, was obtained in the last ripening stages, while α-amylase activities was constant and low at Nanicão and Pacovan. Two bands with activities were visualized in native PAGE which corresponded to cytosolic and plastidial forms of starchphosphorylases, with exception of Mysore. All cultivars had different perceptual of starch degradation and the higher one was observed at Pacovan, followed by Mysore, Nanicão, Figo and Terra. Starches granules of Terra and Figo showed to be resistant to enzymatic hydrolysis. All cultivars had α and β-amylase activities associated to granule throughout the ripening process. Only Mysore showed aamylase activity associated to granule higher than β-amylase. No significant change along the ripening was observed in amylose content and amylopectin chain length distribution. The micrographs revealed that granule surface suffer changes along the ripening, exposing structures called growth rings. The Atomic Force Microscopy revealed the presence of blockets at banana granule surface.

A banana é considerada um bom modelo para o estudo da transformação amido-sacarose, já que acumula um alto teor de amido durante o desenvolvimento que é rapidamente degradado durante o amadurecimento. Várias enzimas e provavelmente mais de uma via metabólica estão envolvidas neste processo. Com isso, o objetivo deste trabalho foi estudar as características estruturais dos grânulos, bem como, a atuação das enzimas envolvidas em sua degradação. Os grânulos de amidos foram isolados de bananas controle (não tratadas) e submetidas a diferentes tratamentos: etileno, 1-MCP, frutos mantidos a 13°C e frutos tratados com etileno e mantidos a 13°C. Os resultados obtidos mostraram alta atividade de enzimas α e β-amilases ligadas ao grânulo tanto por ensaios in vitro como por géis de eletroforese contendo amilopectina como substrato. Os resultados obtidos para Western blot utilizando anticorpos produzidos contra essas enzimas, indicaram que a α-amilase atua no início da degradação enquanto a β-amilase foi encontrada no momento em que o amido estava em pleno processo. de degradação. Nos estudos de imunolocalização observou-se que as proteínas associadas aos grânulos de amido e em cortes do fruto demonstraram que estas enzimas estão localizadas na superfície do grânulo. As técnicas utilizadas para observação dos grânulos de amido foram a de Microscopia Óptica, Microscopia Eletrônica de Varredura e Microscopia de Varredura Confocal a Laser. Os grânulos apresentaram um padrão de degradação diferenciado para cada tratamento realizado nos frutos. O teor de amilose encontrado para os amidos foi ao redor de 15%, não variando durante a degradação. O padrão de difração de Raios-X foi do tipo B em amidos de banana recém-colhidas e tipos A e B foram encontrados em amidos degradados. O grau de cristalinidade aumentou de 15% para 17% nos amidos em degradação. / Banana fruit is considered a good example for studying the starch-sucrose transformation, accumulating high starch content during the development being rapidly degraded during the ripening. Several enzymes and, probably more then one metabolic way are involved in this processo Then, the aim of this work was to study the structural characteristics of starch granules and the action of the enzymes involved in its degradation. Starch granules were isolated from bananas control (fruits without treatment), and exposed to different treatments, such as: ethylene, 1-MCP, stored fruits to 13°C and stored fruits to 13°C + ethylene. Results obtained showed high activities of enzymes α and β-amylases associated to starch granules, measured by in vitro assay and native PAGE containing amylopectin like substrate. Results obtained by Western blot using antibodies against these enzymes, indicated that α-amylase is responsible for the initial attack on the starch, and β-amylase was localized at moment that starch was in degradation processo Results of the immunolocalization of proteins associated on starch granule and proteins on banana tissue confirmed that these enzymes are localized on granule surface. When techniques of microscopy were used to starch, such as Optical Microscopy, Scanning Electron Microscopy and Confocal Laser Scanning Microscopy, was observed that granules showed a different degradation pattern, for each treatment made on fruits. Amylose content obtained for starch was around 15%, not changing during degradation. B-type diffraction pattern was found for green banana starch, and A and. B-type patterns for degraded starch. Degree of crystallinity increased from 15% to 17% for starches during degradation.

A banana é considerada um bom modelo para o estudo da transformação amido-sacarose, já que acumula um alto teor de amido durante o desenvolvimento que é rapidamente degradado durante o amadurecimento. Várias enzimas e provavelmente mais de uma via metabólica estão envolvidas neste processo. Com isso, o objetivo deste trabalho foi estudar as características estruturais dos grânulos, bem como, a atuação das enzimas envolvidas em sua degradação. Os grânulos de amidos foram isolados de bananas controle (não tratadas) e submetidas a diferentes tratamentos: etileno, 1-MCP, frutos mantidos a 13°C e frutos tratados com etileno e mantidos a 13°C. Os resultados obtidos mostraram alta atividade de enzimas α e β-amilases ligadas ao grânulo tanto por ensaios in vitro como por géis de eletroforese contendo amilopectina como substrato. Os resultados obtidos para Western blot utilizando anticorpos produzidos contra essas enzimas, indicaram que a α-amilase atua no início da degradação enquanto a β-amilase foi encontrada no momento em que o amido estava em pleno processo. de degradação. Nos estudos de imunolocalização observou-se que as proteínas associadas aos grânulos de amido e em cortes do fruto demonstraram que estas enzimas estão localizadas na superfície do grânulo. As técnicas utilizadas para observação dos grânulos de amido foram a de Microscopia Óptica, Microscopia Eletrônica de Varredura e Microscopia de Varredura Confocal a Laser. Os grânulos apresentaram um padrão de degradação diferenciado para cada tratamento realizado nos frutos. O teor de amilose encontrado para os amidos foi ao redor de 15%, não variando durante a degradação. O padrão de difração de Raios-X foi do tipo B em amidos de banana recém-colhidas e tipos A e B foram encontrados em amidos degradados. O grau de cristalinidade aumentou de 15% para 17% nos amidos em degradação. / Banana fruit is considered a good example for studying the starch-sucrose transformation, accumulating high starch content during the development being rapidly degraded during the ripening. Several enzymes and, probably more then one metabolic way are involved in this processo Then, the aim of this work was to study the structural characteristics of starch granules and the action of the enzymes involved in its degradation. Starch granules were isolated from bananas control (fruits without treatment), and exposed to different treatments, such as: ethylene, 1-MCP, stored fruits to 13°C and stored fruits to 13°C + ethylene. Results obtained showed high activities of enzymes α and β-amylases associated to starch granules, measured by in vitro assay and native PAGE containing amylopectin like substrate. Results obtained by Western blot using antibodies against these enzymes, indicated that α-amylase is responsible for the initial attack on the starch, and β-amylase was localized at moment that starch was in degradation processo Results of the immunolocalization of proteins associated on starch granule and proteins on banana tissue confirmed that these enzymes are localized on granule surface. When techniques of microscopy were used to starch, such as Optical Microscopy, Scanning Electron Microscopy and Confocal Laser Scanning Microscopy, was observed that granules showed a different degradation pattern, for each treatment made on fruits. Amylose content obtained for starch was around 15%, not changing during degradation. B-type diffraction pattern was found for green banana starch, and A and. B-type patterns for degraded starch. Degree of crystallinity increased from 15% to 17% for starches during degradation.