Metabolomics studies of allelopathy: a review

SUMMARY Introduction: Allelopathy is a harmful effect indirectly or directly produced by one plant to another through the production of chemical substances that enter the environment. Allelopathy has a pertinent significance for systems of ecological, sustainable, and integrated management. These natural reactions have multiple effects, ranging from processes of inhibition and stimulation of growth in neighbor plants to inhibition of seed germination. Metabolomics is a discipline integral that studies all the metabolites in a particular tissue, organ, or organism in a specific developmental stage or under particular environmental conditions, and it allows for the assessment of the contribution of genetic and environmental factors to the modification of metabolism. With the growing number of "omics", new approaches can be used to understand metabolic changes that occur in plants, especially in proteomics and metabolomics, and thus those analyses could be profiled in coming years with the objective of knowing the allelopathome of a larger number of plant species and their interactions. Aim: To provide a recent update on the science of allelopathy in the context of physiology, practical application of metabolomics in allelopathic studies, allelochemicals analyzed by metabolomics in alfalfa, rice, canola, sorghum, rye, wheat and other crops and finally mentionated the biological activity of allelopathic secondary metabolites. Methods: A recent comprehensive literature search of allelopathy and metabolomics in journal databases was carried out. Results: The concept of allelopathy, allelopathic mechanisms, metabolomic studies in allelopathy, allelochemicals analysed by metabolomics in alfalfa, rice, canola, rye sorghum, wheat and other agro-industrially important crops, and the biological activity of allelopathic secondary metabolites are detailed. Conclusions: These studies suggest that a combination of secondary metabolites can be used to attack weeds. In situ and In vitro culture of secondary metabolites (allelochemical types) is recommended to be used as organics compounds in weed organic control in the future.

Introducción: la alelopatía es un efecto nocivo producido directa o indirectamente por una planta a otra a través de la producción de sustancias químicas que ingresan al medio ambiente. La alelopatía es importante para los sistemas de manejo ecológico, sostenible e integrado. Estas reacciones naturales tienen múltiples efectos, que van desde procesos de inhibición y estimulación del crecimiento en plantas vecinas hasta la inhibición de la germinación de semillas. La metabolómica es una disciplina integral que estudia todos los metabolitos en un determinado tejido, órgano u organismo en una determinada etapa de desarrollo o en determinadas condiciones ambientales, y permite evaluar la contribución de los factores genéticos y ambientales a la modificación del metabolismo. Con el creciente número de "ómicas", se pueden utilizar nuevos enfoques para comprender los cambios metabólicos que ocurren en las plantas, especialmente en proteómica y metabolómica, y así esos análisis podrían perfilarse en los próximos años con el objetivo de conocer el alelopatoma de un mayor número. de las especies de plantas y sus interacciones. Objetivo: proporcionar una actualización reciente sobre la ciencia de la alelopatía en el contexto de la fisiología, la aplicación práctica de la metabolómica en los estudios alelopáticos, los aleloquímicos analizados por metabolómica en alfalfa, arroz, canola, sorgo, centeno, trigo y otros cultivos y, finalmente, mencionar los aspectos biológicos. actividad de los metabolitos secundarios alelopáticos. Métodos: se realizó una búsqueda bibliográfica exhaustiva reciente sobre alelopatía y metabolómica en bases de datos de revistas. Resultados: se detalla el concepto de alelopatía, los mecanismos alelopáticos, los estudios metabolómicos en alelopatía, los aleloquímicos analizados por metaboló-mica en alfalfa, arroz, canola, sorgo de centeno, trigo y otros cultivos de importancia agroindustrial, y la actividad biológica de los metabolitos secundarios alelopáticos. Conclusiones: estos estudios sugieren que se puede utilizar una combinación de metabolitos secundarios para atacar a las malas hierbas. Se recomienda el cultivo in situ e in vitro de metabolitos secundarios (de tipo aleloquímico) para ser utilizados como compuestos orgánicos en el control orgánico de las malas hierbas en el futuro.

Introdução: A alelopatia é um efeito nocivo produzido de forma indireta ou direta por uma planta a outra por meio da produção de substâncias químicas que adentram o meio ambiente. A alelopatia é importante para sistemas de manejo ecológico, sustentável e integrado. Essas reações naturais têm múltiplos efeitos, que vão desde processos de inibição e estimulação do crescimento em plantas vizinhas até a inibição da germinação de sementes. A metabolômica é uma disciplina integral que estuda todos os metabólitos em um determinado tecido, órgão ou organismo em um estágio de desenvolvimento específico ou condições ambientais particulares, e permite avaliar a contribuição de fatores genéticos e ambientais para a modificação do metabolismo. Com o crescente número de "ômicas", novas abordagens podem ser utilizadas para entender as alterações metabólicas que ocorrem nas plantas, principalmente em proteômica e metabolómica, e assim essas análises poderão ser perfiladas nos próximos anos com o objetivo de conhecer o alelopatoma de um número maior das espécies vegetais e suas interações. Objetivo: fornecer uma atualização recente sobre a ciência da alelopatia no contexto da fisiologia, aplicação prática da metabolômica em estudos alelopáticos, aleloquímicos analisados por metabolômica em alfafa, arroz, canola, sorgo, centeio, trigo e outras culturas e, finalmente, mencionar atividade de metabólitos secundários alelopáticos. Métodos: uma pesquisa bibliográfica abrangente recente sobre alelopatia e metabolismo foi conduzida em bancos de dados de periódicos. Resultados: o conceito de alelopatia, mecanismos alelopáticos, estudos metabólicos em alelopatia, aleloquímicos analisados por metabolômicos em alfafa, arroz, canola, sorgo de centeio, trigo e outros cultivos agroindustriais importantes, e a atividade biológica dos metabólitos secundários alelopáticos são detalhados. Conclusões: esses estudos sugerem que uma combinação de metabólitos secundários pode ser usada para atacar ervas daninhas. Recomenda-se o cultivo in situ e in vitro de metabólitos secundários (tipo alquímico) para uso como compostos orgânicos no controle de ervas daninhas orgânicas no futuro.

Oxidative stress and antioxidant response in a thermotolerant yeast

Abstract Stress tolerance is a key attribute that must be considered when using yeast cells for industrial applications. High temperature is one factor that can cause stress in yeast. High environmental temperature in particular may exert a natural selection pressure to evolve yeasts into thermotolerant strains. In the present study, three yeasts (Saccharomyces cerevisiae, MC4, and Kluyveromyces marxianus, OFF1 and SLP1) isolated from hot environments were exposed to increased temperatures and were then compared with a laboratory yeast strain. Their resistance to high temperature, oxidative stress, and antioxidant response were evaluated, along with the fatty acid composition of their cell membranes. The SLP1 strain showed a higher specific growth rate, biomass yield, and biomass volumetric productivity while also showing lower duplication time, reactive oxygen species (ROS) production, and lipid peroxidation. In addition, the SLP1 strain demonstrated more catalase activity after temperature was increased, and this strain also showed membranes enriched in saturated fatty acids. It is concluded that the SLP1 yeast strain is a thermotolerant yeast with less oxidative stress and a greater antioxidant response. Therefore, this strain could be used for fermentation at high temperatures.

Arbuscular mycorrhizal symbiosis increases the content of volatile terpenes and plant performance in Satureja macrostema (Benth. ) Briq / La simbiosis micorrícica arbuscular aumenta el contenido de terpenos volátiles y el rendimiento vegetal en Satureja macrostema (Benth.) Briq

We studied the effect of Rhizophagus irregularis on plant performance and volatile terpenes content of the Mexican native medicinal plant Satureja macrostema (Benth.) Briq. (Lamiaceae) in greenhouse conditions. The growth parameters considered in this research and the composition of volatile components were quantified monthly in mycorrhizal and non-mycorrhizal plants. The essential oil was collected from aerial parts and analyzed by gas chromatography-mass spectrometry. Colonization by R. irregularis significantly increased biomass, shoot and root length, and the amount of volatile terpenes. The more concentrated volatile terpenes were limonene, β- linalool, menthone, pulegone, and verbenol acetate. It is concluded that the use of R. irregularis allows optimal growth of S. macrostema plants in low fertility soils and increased production of the main components of the essential oil.

El efecto de Rhizophagus irregularis sobre el rendimiento vegetal y la producción de los terpenos volátiles de Satureja macrostema (Benth.) Briq. (Lamiaceae), una planta medicinal nativa mexicana, fue estudiado en condiciones de invernadero. Los parámetros de crecimiento considerados en esta investigación y los componentes volátiles, fueron cuantificados mensualmente en plantas con y sin micorrizas. El aceite esencial fue colectado de la parte aérea y fue analizado por técnicas de cromatografía de gases-espectrometría de masas. La colonización de R. irregularis aumentó significativamente la biomasa, longitud de tallo y raíz, y la cantidad de terpenos volátiles. Los terpenos volátiles mayoritarios fueron limoneno, β-linalol, mentona, pulegona y acetato de verbenol. Se concluye que el uso de R. irregularis permitió un óptimo crecimiento de las plantas de S. macrostema en suelos de baja fertilidad, con un aumento de los componentes principales del aceite esencial.