Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karolinska institutet, 2007. / Härtill 6 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., 2007. / Härtill 4 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2006. / Härtill 4 uppsatser.

Dissertation (Ph.D.) -- University of Texas Southwestern Medical Center at Dallas, 2008. / Vita. Bibliography: p. 149-167.

A expansão da área de cultivo da cana-de-açúcar (Saccharum spp.) para solos marginais e a necessidade de manutenção da alta produtividade tem levado a maior aplicação de fertilizantes nitrogenados na cultura. Esta prática, porém, incorre em altos custos financeiros e ambientais. Comparado a outras culturas, cana-de-açúcar possui baixa resposta a aplicação de fertilizantes nitrogenados, mas as causas desta baixa eficiência no uso de N (NUE) permanecem desconhecidas. Na tentativa de compreender os mecanismos envolvidos no NUE em cana-de-açúcar, este trabalho realizou a caracterização fisiológica dos processos de absorção de nitrato e remobilização de N por estudos de cinética de absorção e experimentos de translocação de 15N. Além disso, analisou-se o perfil de expressão de genes codificadores de transportadores de nitrato (NRTs - NITRATE TRANSPORTERS). Plantas da cultivar \'SP80-3280\' foram expostas à condições distintas de suplemento de N para investigar a regulação do processo de aquisição. Além de comprovar a menor eficiência da cana-de-açúcar na aquisição de nitrato quando comparada com amônio, foi demonstrada a presença de sistema de transporte de alta afinidade (HATS, High Affinity Transport System) para ambas as fontes de N presentes em raízes, induzido sob baixas concentrações externas de N e/ou sob baixo status de N na planta. Observou-se que amônio regula negativamente a absorção de nitrato, modulando a expressão dos genes envolvidos neste processo. Em plantas sob condições de deficiência de N (-N) foi verificada a regulação tardia do HATS responsável pela aquisição de nitrato. A ausência de correlação entre o influxo de 15N e acúmulo de transcritos de transportadores de nitrato sugere a existência de uma regulação pós-transcricional dos transportadores do HATS em raízes submetidas a provisão de nitrato. Para caracterizar o processo de remobilização, plantas foram submetidas a condições contrastantes de disponibilidade de N na tentativa de identificar o mecanismo pelo qual nitrato pode ser regulado durante este processo. Apesar da reduzida eficiência na aquisição e estoque de nitrato, cana-de-açúcar possui a capacidade de utilizar nitrato como fonte de N, e em condições suficientes de suplemento de N, nitrato e amônio são utilizados como fonte de N. Sob restrição de N, porém, nitrato apresenta maior fluxo em raízes e colmos, enquanto que amônio ainda permanece como fonte de N em folhas jovens devido a alteração no carregamento de nitrato no xilema. Todavia, o suplemento de nitrato a ser reduzido e assimilado em folhas parece ter origem no colmo. Portanto, a modulação da expressão dos transportadores NRT assegura a alocação de nitrato em cana-de-açúcar quando N é limitante em solos / The expansion of sugarcane (Saccharum spp.) cultivated area to marginal lands and the need to maintain high yield have led to increasing application of nitrogen fertilizers. However, this practice represents high economic and environmental costs. Compared to other crops, sugarcane displays a low response to N fertilization, but the causation of the low nitrogen use efficiency (NUE) remains unknown. To understand the mechanism involved in NUE, this study was carried out to conduct the physiological characterization of nitrate uptake and N remobilization in sugarcane by uptake kinetic analysis and translocation experiments using 15N. Further, the expression profile of genes encoding nitrate transporters (NRTs - NITRATE TRANSPORTERS) involved in both processes was determined. Plantlets of cultivar \'SP80-3280\' were exposed to various N supplement conditions to investigate the regulation of the uptake process. The lower efficiency in nitrate acquisition compared to ammonium was corroborated and extended for low N conditions. The occurrence in sugarcane roots of high affinity uptake systems (HATS, High Affinity Transport System) for both N sources,, induced at low external concentrations of N and/or low N status in the plant was confirmed. Ammonium negatively regulates nitrate uptake by modulating the expression of genes involved in this process. Plants under N deficiency (-N) exhibited a late regulation of HATS responsible for nitrate uptake. The lack of correlation between 15N influx and transcript accumulation of nitrate transporter genes suggests the existence of a post-transcriptional regulation of HATS in roots subjected to nitrate resupply. To characterize the remobilization process, plants were submitted to contrasting conditions of N availability to identify the mechanisms by which nitrate may be affected during this process. Despite the low efficiency of nitrate uptake and storage, sugarcane demonstrates the ability to use nitrate as N source. In N sufficient conditions (+N), ammonium and nitrate are used as N source. Under restriction of N, however, nitrate has increased flow in roots and stems, while ammonium remains as N source to young leaves by change in nitrate loading into the xylem. However, the source of the nitrate to be reduced and assimilated in leaves appears to be originated from the culm. Therefore, modulation of NRT transporters expression ensures nitrate allocation in sugarcane when N is limited in soils

O uso excessivo de fertilizantes nitrogenados com o intuito de aumentar a produtividade de culturas de tomateiro (Solanum lycopersicum) é decorrente da expansão da demanda mundial. No entanto, o acúmulo/excesso de formas orgânicas ou inorgânicas de nitrogênio no solo está associado a diversos problemas ambientais. Uma alternativa para contornar esses problemas é a identificação de variabilidade genética para aquisição de N, garantindo uma alta produtividade e uma possível melhoria na eficiência do uso de N (NUE). Para tanto, os genótipos S. lycopersicum cv \'Santa Clara\', S. pimpinellifolium e S. habrochaites, previamente identificadas com capacidade de contrastante de absorção de N, foram utilizados em ensaios de cinética de absorção e provisão utilizando traçadores com 15N. Além disso, foi realizada a quantificação da expressão gênica relativa via amplificação de transcritos reversos (RT-qPCR) de genes relacionados ao transporte de amônio (AMTs - AMMONIUM TRANSPORTER - AMT1.1, AMT1.2 e AMT2.1) e nitrato (NRTs - NITRATE TRANSPORTERS - NRT1.1, NRT2.1, NRT2.2 e NAR2) para correlacionar a capacidade de absorção de N com expressão desses genes.. Solanum pimpinellifolium possui maior capacidade de absorção de amônio por suas raízes quando comparado aos genótipos S. lycopersicum cv \'Santa Clara\' e S. habrochaites sob condições contrastantes de disponibilidade de N. Esse fenótipo está relacionado à maior indução da expressão do gene SlAMT1.1 em raízes S. pimpinellifolium. Durante a provisão de amônio, o genótipo S. habrochaites apresentou menor inibição do processo de aquisição de 15N-amônio quando comparado a S. lycopersicum cv \'Santa Clara\' e S. pimpinellifolium. A correlação com os níveis de expressão dos principais transportadores de amônio sugere uma regulação alostérica diferenciada da proteína SlAMT1.1 nesse genótipo. A clonagem e sequenciamento da região codificadora do gene SlAMT1.1 entre os genótipos indicou a existência de diferença na sequência de aminoácidos, principalmente de S. habrochaites. Em particular o resíduo Ser240Gly na alça citosólica, a qual é fundamental durante a regulação alostérica, o que pode estar relacionado à menor inibição do influxo de amônio sob provisão de N. A clonagem e sequenciamento da região promotora do gene SlAMT1.1 dos três genótipos indicaram a presença de motivos regulatórios distintos na região promotora de SlAMT1.1 de S. pimpinellifolium quando comparado a mesma região do genótipos S. lycopersicum cv \'Santa Clara\' e S. habrochaites, o que implicar numa correlação com a maior capacidade de aquisição de amônio em raízes de S. pimpinellifolium. Os resultados de cinética de aquisição de nitrato sugerem que S. pimpinellifolium apresenta maior capacidade quando comparado a S. lycopersicum cv \'Santa Clara\' e S. habrochaites, devido a maior indução dos principais genes de transportadores SlNRT2.1 e SlNRT2.2. A correlação dos estudos de influxo de nitrato e expressão de genes relacionados ao transporte dessa forma de N identificaram que SlNRT2.1 é o principal transportador a ser regulado em raízes dos três genótipos avaliados quando submetidos a condições de provisão de nitrato. Contudo, o genótipo S. habrochaites apresentou maior capacidade de induzir SlNRT2.1 quando comparado a S. lycopersicum cv \'Santa Clara\' e S. pimpinellifolium sob provisão de nitrato / High nitrogen fertilizer input is required to increase the yield of tomato (Solanum lycopersicum) to attend to the rising world demand. N fertilization might result in a detrimental impact on the environment, such as contributing to greenhouse gases and groundwater pollution. One approach to reducing the excessive use of N fertilizers is the evaluation of natural genetic variability for N use efficiency (NUE) of crop plants. Therefore, the genotypes S. pimpinellifolium, S. lycopersicum cv \'Santa Clara\', and S. habrochaites, previously identified with contrasting capacity of N absorption, were used in kinetic and provision assays using short-term 15N-labeled. Furthermore, the relative quantification of gene expression via quantitative reverse transcription PCR (RT-qPCR) of genes related to the ammonium transport (AMTs - AMMONIUM TRANSPORTER - AMT1.1, AMT1.2 and AMT2.1) and nitrate (NRTs - NITRATE TRANSPORTERS - NRT1.1, NRT2.1, NRT2.2 and NAR2) was performed to correlate the N absorption capacity with the expression of these genes. Solanum pimpinellifolium has greater ammonium absorption in its roots when compared to genotypes S. lycopersicum cv \'Santa Clara\' and S. habrochaites under contrasting conditions of N availability. This phenotype is associated with the greater induction of SlAMT1.1 expression in S. pimpinellifolium roots. During ammonium provision, genotype S. habrochaites showed lower inhibition of the 15N-ammonium acquisition compared to S. lycopersicum cv \'Santa Clara\' and S. pimpinellifolium. The correlation with the expression levels of the main ammonium transporter suggests a different allosteric regulation of SlAMT1.1 protein in S. habrochaites. The comparison of the SlAMT1.1 coding region in the three genotypes indicated the existence of differences in amino acid sequence, particularly in S. habrochaites. The change of Ser240Gly in the cytosolic loop of S. habrochaites, which is critical during the allosteric regulation, may be related to the inhibition of ammonium influx. The cloning and sequencing of the promoter region of the gene SlAMT1.1 indicates the presence of different regulatory motifs in the promoter of SlAMT1.1 in S. pimpinellifolium when compared to S. lycopersicum cv Santa Clara and S. habrochaites. This can be correlated with the highest ammonium acquisition capacity of S pimpinellifolium roots. Therefore, nitrate kinetic studies showed that S. pimpinellifolium has greater acquisition of nitrate in their roots when compared to S. lycopersicum cv Santa Clara and S. habrochaites, due to increased induction of SlNRT2.1 and SlNRT2.2 genes. The correlation among nitrate influx studies and expression of genes related to the transport of this N form suggest that SlNRT2.1 is the main transporter regulated in roots of the three genotypes under nitrate supply. In addition, the genotype S. habrochaites showed greater ability to induce SlNRT2.1 when compared to S. lycopersicum cv \'Santa Clara\' and S. pimpinellifolium in nitrate supply

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Phosphatidylinositol 5-phosphate (PtdIns5P) is the least well-characterised member of the phosphoinositide family of essential regulatory phospholipids. PtdIns5P levels are altered within cells in response to a number of stimuli and evidence is accumulating to suggest that it possesses important functions in cellular signalling. However, the physiological role of this lipid remains imperfectly understood. Previous studies have shown that PtdIns5P is elevated in adipocytes in response to insulin, and microinjection of PtdIns5P into these cells promotes plasma membrane insertion of the insulin-regulated glucose transporter GLUT4 (Sbrissa et al., 2004). This finding suggests a potential role of PtdIns5P as a mediator in insulin-stimulated glucose uptake, a process essential for efficient glucose homeostasis. As approximately 75% of postprandial glucose disposal is carried out by skeletal muscle, it is important to investigate the role of PtdIns5P in the response of this tissue to insulin. Therefore, this work has used differentiated myotubes of the rat muscle cell line, L6, to explore the effects of altered PtdIns5P levels on insulin-stimulated glucose uptake. This cell model had not been previously used in the laboratory so it first required characterisation. Here insulin is shown to stimulate a transient increase of PtdIns5P in L6 myotubes, indicative of a signalling role in response to insulin. This project developed several tools to further investigate this potential role for PtdIns5P in the insulin response of myotubes. One such development was the successful overexpression of the PtdIns5P 4-kinase PIP4KIIalpha in these cells, which was able to abolish the insulin-stimulated PtdIns5P rise. This correlated with a loss of insulin-stimulated glucose uptake (upon PIP4KIIalpha expression). Interestingly, artificial elevation of PtdIns5P in L6 myotubes increases glucose uptake in the absence of stimulation. This phenomenon appears to result from the activation of PI3-kinase signalling, as it is abolished by the PI3-kinase inhibitor wortmannin, and involves activation of the PI3-kinase effector Akt. These results are consistent with the idea that insulin-stimulated PtdIns5P production contributes to the robust PI3-kinase/Akt activation necessary for insulin-stimulated glucose uptake in muscle.