A comprehensive overview of miRNA targeting drought stress resistance in plants / Uma visão geral abrangente do miRNA visando a resistência ao estresse hídrico em plantas

MicroRNAs (miRNAs) are essential nonprotein-coding genes. In a range of organisms, miRNAs has been reported to play an essential role in regulating gene expressions at post-transcriptional level. They participate in most of the stress responsive processes in plants. Drought is an ultimate abiotic stress that affects the crop production. Therefore understanding drought stress responses are essential to improve the production of agricultural crops. Throughout evolution, plants have developed their own defense systems to cope with the adversities of environmental stresses. Among defensive mechanisms include the regulations of gene expression by miRNAs. Drought stress regulates the expression of some of the functionally conserved miRNAs in different plants. The given properties of miRNAs provide an insight to genetic alterations and enhancing drought resistance in cereal crops. The current review gives a summary to regulatory mechanisms in plants as well as miRNAs response to drought stresses in cereal crops. Some possible approaches and guidelines for the exploitation of drought stress miRNA responses to improve cereal crops are also described.(AU)

MicroRNAs (miRNAs) são genes essenciais não codificadores de proteínas. Em uma variedade de organismos, foi relatado que miRNAs desempenham papel essencial na regulação da expressão gênica em nível pós-transcricional. Eles participam da maioria dos processos responsivos ao estresse nas plantas. A seca é um estresse abiótico final que afeta a produção agrícola. Portanto, compreender as respostas ao estresse da seca é essencial para melhorar a produção de safras agrícolas. Ao longo da evolução, as plantas desenvolveram seus próprios sistemas de defesa para lidar com as adversidades do estresse ambiental. Entre os mecanismos de defesa está a regulação da expressão gênica por miRNAs. O estresse hídrico regula a expressão de alguns dos miRNAs funcionalmente conservados em diferentes plantas. As propriedades dadas dos miRNAs fornecem uma visão das alterações genéticas e aumentam a resistência à seca nas safras de cereais. A revisão atual apresenta um resumo dos mecanismos regulatórios nas plantas, bem como a resposta dos miRNAs ao estresse hídrico nas plantações de cereais. Algumas abordagens e diretrizes possíveis para a exploração das respostas do miRNA ao estresse da seca para melhorar as safras de cereais também são descritas.(AU)

A comprehensive overview of miRNA targeting drought stress resistance in plants / Uma visão geral abrangente do miRNA visando a resistência ao estresse hídrico em plantas

MicroRNAs (miRNAs) are essential nonprotein-coding genes. In a range of organisms, miRNAs has been reported to play an essential role in regulating gene expressions at post-transcriptional level. They participate in most of the stress responsive processes in plants. Drought is an ultimate abiotic stress that affects the crop production. Therefore understanding drought stress responses are essential to improve the production of agricultural crops. Throughout evolution, plants have developed their own defense systems to cope with the adversities of environmental stresses. Among defensive mechanisms include the regulations of gene expression by miRNAs. Drought stress regulates the expression of some of the functionally conserved miRNAs in different plants. The given properties of miRNAs provide an insight to genetic alterations and enhancing drought resistance in cereal crops. The current review gives a summary to regulatory mechanisms in plants as well as miRNAs response to drought stresses in cereal crops. Some possible approaches and guidelines for the exploitation of drought stress miRNA responses to improve cereal crops are also described.

MicroRNAs (miRNAs) são genes essenciais não codificadores de proteínas. Em uma variedade de organismos, foi relatado que miRNAs desempenham papel essencial na regulação da expressão gênica em nível pós-transcricional. Eles participam da maioria dos processos responsivos ao estresse nas plantas. A seca é um estresse abiótico final que afeta a produção agrícola. Portanto, compreender as respostas ao estresse da seca é essencial para melhorar a produção de safras agrícolas. Ao longo da evolução, as plantas desenvolveram seus próprios sistemas de defesa para lidar com as adversidades do estresse ambiental. Entre os mecanismos de defesa está a regulação da expressão gênica por miRNAs. O estresse hídrico regula a expressão de alguns dos miRNAs funcionalmente conservados em diferentes plantas. As propriedades dadas dos miRNAs fornecem uma visão das alterações genéticas e aumentam a resistência à seca nas safras de cereais. A revisão atual apresenta um resumo dos mecanismos regulatórios nas plantas, bem como a resposta dos miRNAs ao estresse hídrico nas plantações de cereais. Algumas abordagens e diretrizes possíveis para a exploração das respostas do miRNA ao estresse da seca para melhorar as safras de cereais também são descritas.

A comprehensive overview of miRNA targeting drought stress resistance in plants

Abstract MicroRNAs (miRNAs) are essential nonprotein-coding genes. In a range of organisms, miRNAs has been reported to play an essential role in regulating gene expressions at post-transcriptional level. They participate in most of the stress responsive processes in plants. Drought is an ultimate abiotic stress that affects the crop production. Therefore understanding drought stress responses are essential to improve the production of agricultural crops. Throughout evolution, plants have developed their own defense systems to cope with the adversities of environmental stresses. Among defensive mechanisms include the regulations of gene expression by miRNAs. Drought stress regulates the expression of some of the functionally conserved miRNAs in different plants. The given properties of miRNAs provide an insight to genetic alterations and enhancing drought resistance in cereal crops. The current review gives a summary to regulatory mechanisms in plants as well as miRNAs response to drought stresses in cereal crops. Some possible approaches and guidelines for the exploitation of drought stress miRNA responses to improve cereal crops are also described.

Resumo MicroRNAs (miRNAs) são genes essenciais não codificadores de proteínas. Em uma variedade de organismos, foi relatado que miRNAs desempenham papel essencial na regulação da expressão gênica em nível pós-transcricional. Eles participam da maioria dos processos responsivos ao estresse nas plantas. A seca é um estresse abiótico final que afeta a produção agrícola. Portanto, compreender as respostas ao estresse da seca é essencial para melhorar a produção de safras agrícolas. Ao longo da evolução, as plantas desenvolveram seus próprios sistemas de defesa para lidar com as adversidades do estresse ambiental. Entre os mecanismos de defesa está a regulação da expressão gênica por miRNAs. O estresse hídrico regula a expressão de alguns dos miRNAs funcionalmente conservados em diferentes plantas. As propriedades dadas dos miRNAs fornecem uma visão das alterações genéticas e aumentam a resistência à seca nas safras de cereais. A revisão atual apresenta um resumo dos mecanismos regulatórios nas plantas, bem como a resposta dos miRNAs ao estresse hídrico nas plantações de cereais. Algumas abordagens e diretrizes possíveis para a exploração das respostas do miRNA ao estresse da seca para melhorar as safras de cereais também são descritas.

A comprehensive overview of miRNA targeting drought stress resistance in plants / Uma visão geral abrangente do miRNA visando a resistência ao estresse hídrico em plantas

Abstract MicroRNAs (miRNAs) are essential nonprotein-coding genes. In a range of organisms, miRNAs has been reported to play an essential role in regulating gene expressions at post-transcriptional level. They participate in most of the stress responsive processes in plants. Drought is an ultimate abiotic stress that affects the crop production. Therefore understanding drought stress responses are essential to improve the production of agricultural crops. Throughout evolution, plants have developed their own defense systems to cope with the adversities of environmental stresses. Among defensive mechanisms include the regulations of gene expression by miRNAs. Drought stress regulates the expression of some of the functionally conserved miRNAs in different plants. The given properties of miRNAs provide an insight to genetic alterations and enhancing drought resistance in cereal crops. The current review gives a summary to regulatory mechanisms in plants as well as miRNAs response to drought stresses in cereal crops. Some possible approaches and guidelines for the exploitation of drought stress miRNA responses to improve cereal crops are also described.

Resumo MicroRNAs (miRNAs) são genes essenciais não codificadores de proteínas. Em uma variedade de organismos, foi relatado que miRNAs desempenham papel essencial na regulação da expressão gênica em nível pós-transcricional. Eles participam da maioria dos processos responsivos ao estresse nas plantas. A seca é um estresse abiótico final que afeta a produção agrícola. Portanto, compreender as respostas ao estresse da seca é essencial para melhorar a produção de safras agrícolas. Ao longo da evolução, as plantas desenvolveram seus próprios sistemas de defesa para lidar com as adversidades do estresse ambiental. Entre os mecanismos de defesa está a regulação da expressão gênica por miRNAs. O estresse hídrico regula a expressão de alguns dos miRNAs funcionalmente conservados em diferentes plantas. As propriedades dadas dos miRNAs fornecem uma visão das alterações genéticas e aumentam a resistência à seca nas safras de cereais. A revisão atual apresenta um resumo dos mecanismos regulatórios nas plantas, bem como a resposta dos miRNAs ao estresse hídrico nas plantações de cereais. Algumas abordagens e diretrizes possíveis para a exploração das respostas do miRNA ao estresse da seca para melhorar as safras de cereais também são descritas.

The role of APC/C in cell cycle dynamics, growth and development in cereal crops.

Cereal crops can be considered the basis of human civilization. Thus, it is not surprising that these crops are grown in larger quantities worldwide than any other food supply and provide more energy to humankind than any other provision. Additionally, attempts to harness biomass consumption continue to increase to meet human energy needs. The high pressures for energy will determine the demand for crop plants as resources for biofuel, heat, and electricity. Thus, the search for plant traits associated with genetic increases in yield is mandatory. In multicellular organisms, including plants, growth and development are driven by cell division. These processes require a sequence of intricated events that are carried out by various protein complexes and molecules that act punctually throughout the cycle. Temporal controlled degradation of key cell division proteins ensures a correct onset of the different cell cycle phases and exit from the cell division program. Considering the cell cycle, the Anaphase-Promoting Complex/Cyclosome (APC/C) is an important conserved multi-subunit ubiquitin ligase, marking targets for degradation by the 26S proteasome. Studies on plant APC/C subunits and activators, mainly in the model plant Arabidopsis, revealed that they play a pivotal role in several developmental processes during growth. However, little is known about the role of APC/C in cereal crops. Here, we discuss the current understanding of the APC/C controlling cereal crop development.

Does Cereal crops asymmetrically affect Agriculture gross domestic product in Pakistan? Using NARDL model approach / As colheitas de cereais afetam assimetricamente o produto interno bruto da agricultura no Paquistão? Usando a abordagem do modelo NARDL

This study contributes to the extant literature on the nexus among rice, maize and wheat production with agriculture gross domestic product (AGDP) of Pakistan. We use time series data from 1970 to 2017 and employ the Non-linear Autoregressive Distributed Lag (NARDL) model. Short run and long run shocks between the selected variables and results is checked through the co-integration and nonlinear error correction model.Autoregressive distributed lag bound testing approach for co-integration and to find the relationship between variables Granger causality test is applied.Our results confirm co-integration, positive shocks results show that rice, maize and wheat production have significantly influence on AGDP. The asymmetrically positive shocks of three crops have neutral effect on AGDP. While in symmetric results show the unidirectional effect between rice, maize production with AGDP and wheat production do not have ganger causality with AGDP. Finally, results depict that wheat, maize and rice production significantly contributes to agricultural GDP in the case of Pakistan.(AU).

Este estudo contribui para a literatura existente sobre o nexo entre a produção de arroz, milho e trigo com produto interno bruto agrícola (AGDP) do Paquistão. Utilizamos dados de séries temporais de 1970 a 2017 e empregamos o modelo NARDL (Non-linear Autoregressive Distributed Lag). Choques de curto e longo prazo entre as variáveis selecionadas e os resultados são verificados por meio do modelo de co-integração e correção não linear de erros. É aplicada uma abordagem de teste de atraso retardado distribuído autorregressivo para co-integração e para encontrar a relação entre variáveis. Nossos resultados confirmam a co-integração; os resultados de choques positivos mostram que a produção de arroz, milho e trigo influencia significativamente na AGDP. Os choques assimétricos positivos de três culturas têm efeito neutro no AGDP. Enquanto nos resultados simétricos mostram o efeito unidirecional entre o arroz, a produção de milho com AGDP e a produção de trigo não têm causalidade de ganger com AGDP. Finalmente, os resultados mostram que a produção de trigo, milho e arroz contribui significativamente para o PIB agrícola no caso do Paquistão.(AU)

Sequencing and Assembling Genomes and Chromosomes of Cereal Crops.

Next generation sequencing (NGS) and assembly are key pieces in the success of cereal crops genomes sequencing. One interesting strategy for reducing the complexity in large genomes, the case of several cereal crops, is the sequencing of individual chromosomes. This has been done with success by flow cytometric chromosome sorting followed by sequencing using available next generation (high throughput) sequencing platforms. In this chapter, methodologies for sequencing and assembly of flow sorted chromosomes and whole genomes in cereal crops, with special emphasis on the case of the International Wheat Genome Sequencing Consortium (IWGSC), are reviewed.

Does Cereal crops asymmetrically affect Agriculture gross domestic product in Pakistan? Using NARDL model approach / As colheitas de cereais afetam assimetricamente o produto interno bruto da agricultura no Paquistão? Usando a abordagem do modelo NARDL

ABSTRACT: This study contributes to the extant literature on the nexus among rice, maize and wheat production with agriculture gross domestic product (AGDP) of Pakistan. We use time series data from 1970 to 2017 and employ the Non-linear Autoregressive Distributed Lag (NARDL) model. Short run and long run shocks between the selected variables and result's is checked through the co-integration and nonlinear error correction model.Autoregressive distributed lag bound testing approach for co-integration and to find the relationship between variables Granger causality test is applied.Our results confirm co-integration, positive shocks results show that rice, maize and wheat production have significantly influence on AGDP. The asymmetrically positive shocks of three crops have neutral effect on AGDP. While in symmetric results show the unidirectional effect between rice, maize production with AGDP and wheat production do not have ganger causality with AGDP. Finally, results depict that wheat, maize and rice production significantly contributes to agricultural GDP in the case of Pakistan.

RESUMO: Este estudo contribui para a literatura existente sobre o nexo entre a produção de arroz, milho e trigo com produto interno bruto agrícola (AGDP) do Paquistão. Utilizamos dados de séries temporais de 1970 a 2017 e empregamos o modelo NARDL (Non-linear Autoregressive Distributed Lag). Choques de curto e longo prazo entre as variáveis selecionadas e os resultados são verificados por meio do modelo de co-integração e correção não linear de erros. É aplicada uma abordagem de teste de atraso retardado distribuído autorregressivo para co-integração e para encontrar a relação entre variáveis. Nossos resultados confirmam a co-integração; os resultados de choques positivos mostram que a produção de arroz, milho e trigo influencia significativamente na AGDP. Os choques assimétricos positivos de três culturas têm efeito neutro no AGDP. Enquanto nos resultados simétricos mostram o efeito unidirecional entre o arroz, a produção de milho com AGDP e a produção de trigo não têm causalidade de ganger com AGDP. Finalmente, os resultados mostram que a produção de trigo, milho e arroz contribui significativamente para o PIB agrícola no caso do Paquistão.

Silica/graphene oxide nanocomposites: Potential adsorbents for solid phase extraction of trace aflatoxins in cereal crops coupled with high performance liquid chromatography.

Graphene oxide wrapped silica nanocomposites were synthesized and selected as solid phase extraction adsorbents for high performance liquid chromatography analysis of aflatoxins. The major parameters affecting extraction efficiency were optimized, including the amount of adsorbents, extraction time and desorption conditions. The limit of detections and the limit of quantifications were from 0.1 to 0.3 µg/kg and from 0.3 to 1.0 µg/kg, respectively. The recoveries of aflatoxins in the spiked maize and rice samples were in the range of 76.8-104.7% and 81.1-106.9%, respectively, and with the RSDs less than 12.4%. The proposed method was proven to be simple, rapid and reliable for routine analysis of aflatoxins in crops.

Infestation and natural parasitism of aphids in single and mixed pastures of black oats and ryegrass / Infestação e parasitismo natural de afídeos em pastagens com espécie única ou mistura de aveia preta e azevém

Some species of aphids are major pests on cereal crops and grass pastures. Usually these pests are not adequately controlled in pasture lands that become sources of aphid infestations to cereal crops. The dynamics of aphids and the incidence of natural enemies are less known in pasture systems than in cereal fields. The objective of this work was to assess the aphid infestation and natural aphid parasitism in different pasture composition. Three hypotheses were tested: 1- the aphid species composition in pastures may vary according to the cereal species in the field; 2- the mixture of two plant species can modify the amount and diversity of aphids; 3- the plant species composition of pasture fields influences the parasitism of aphids. Empirical data were obtained from three Poaceae fields: black oats (Avena strigosa L.), ryegrass (Lolium multiflorum L.), and a mixed field of black oats and ryegrass. The most abundant aphid species was Rhopalosiphum padi followed by Sitobion avenae. Plant species composition increases the amount and the parasitism rates of aphids. The mixture of heavily infested black oats with a poorly infested ryegrass resulted in reduction of aphid infestation in comparison with heavily-infested single plant species field. This is possible because the conditions are favorable for the development of parasitoid populations. Aphidius colemani was the main parasitoid found in these areas.

Algumas espécies de pulgões são importantes pragas de cereais, atacando também pastagens de gramíneas. Normalmente, essas pragas não são controladas nas pastagens e podem tornar-se fontes de infestação dos afídeos para os cereais cultivados. A dinâmica dos afídeos e de seus inimigos naturais é pouco conhecida em sistemas de pastagem. O objetivo deste trabalho foi avaliar a infestação de pulgões e seu parasitismo natural em áreas com diferentes composições de pastagens. Três hipóteses foram testadas: 1 - a composição de espécies de afídeos em pastagens pode variar de acordo com as espécies de plantas na área; 2 - a mistura de duas espécies de plantas pode modificar a quantidade e diversidade de afídeos; 3 - a composição de espécies de plantas da pastagem influencia no parasitismo de afídeos. Os dados empíricos foram obtidos a partir de três áreas avaliadas: um campo de aveia preta (Avena strigosa L.), um campo de azevém (Lolium multiflorum L.) e um campo misto de aveia preta e azevém. A espécie de afídeo mais abundante foi Rhopalosiphum padi, seguida por Sitobion avenae. A mistura de espécies de plantas aumenta a quantidade e as taxas de parasitismo de afídeos. A combinação de plantas altamente infestadas de aveia preta com poucas plantas de azevém infestadas resultou na redução da infestação de pulgões, em comparação com um campo altamente infestado de uma única espécie de planta. Isto deve-se às condições favoráveis para o desenvolvimento das populações de parasitoides. Aphidius colemani foi o principal parasitoide encontrado nessas áreas.

Manipulação de cereais para acúmulo de lisina em sementes

The nutrition value of a protein is directly related to its amino acid composition. Some of these amino acids, termed essential amino acids, cannot be synthesized by humans and therefore must be supplied in the diet for adults and in particular for infants and children. Lysine is an essential amino acid synthesized via the aspartic acid metabolic pathway, in which threonine, methionine and isoleucine are also endproducts. Moreover, lysine is the first limiting amino acid in all cereal grains. For over 30 years, the aspartic acid metabolic pathway has been studied in higher plants with the aim of identifying and characterizing the key regulatory points controlling the biosynthetic pathway. Two clear distinct time periods, one begining with the development of tissue culture techniques (1970-80's) and the second with the development of plant transformation techniques (90's), has encouraged the production of biochemical mutants and transgenic plants with specific alterations in key enzymes of the pathway, leading to the overproduction and accumulation of threonine in all plant tissues. However, the accumulation of lysine in seeds has been particularly difficult to achieve. Such an observation, associated with the recent biochemical studies on lysine degradation in cereal and legume plant species, has indicated that the manipulation of lysine degradation is as important as the manipulation of lysine synthesis, if the goal of accumulating this amino acid in cereal seeds is to be achieved. In maize, the study and use of other mutants such as the opaque-2 and QPM (Quality Protein Maize) varieties, has contributed significantly to our understanding of the regulatory aspects of the aspartate pathway. The strategies of obtaining cereals rich in lysine and their relevance to the manipulation of other amino acids have been discussed.

A lisina é um aminoácido essencial cuja via de biossíntese faz parte da via metabólica do ácido aspártico, pela qual são também sintetizados os aminoácidos treonina, metionina e isoleucina. Além disso, a lisina é o principal aminoácido limitante em todos os cereais e por cerca de 30 anos a via do ácido aspártico tem sido estudada em plantas, com o intuito de desvendar e caracterizar os principais pontos chave na regulação das vias de biossíntese desses aminoácidos. Duas etapas distintas, uma primeira originada a partir do desenvolvimento da cultura de tecidos (anos 70-80) e a segunda a partir do desenvolvimento de técnicas para a transformação de plantas (anos 90), permitiram que mutantes bioquímicos e plantas trangênicas fossem produzidos com alterações específicas em passos metabólicos chave, levando à superprodução e acúmulo de treonina em vários tecidos das plantas. Entretanto, a acumulação de lisina em sementes não foi obtida. Tal fato, associado a estudos bioquímicos da via de degradação da lisina em cereais e em leguminosas, indicou que a manipulação da degradação seria tão ou mais importante que a manipulação da biossíntese de lisina para o acúmulo deste aminoácido em sementes dos cereais . Em milho, o uso e estudo de outros mutantes tais como o opaco-2 e variedades QPM (Quality Protein Maize) contribuíram significativamente para a compreensão dos eventos regulatórios. As estratégias para a obtenção de materiais ricos em lisina e sua relevância à manipulação de outros aminoácidos são revisados.

Manipulação de cereais para acúmulo de lisina em sementes

The nutrition value of a protein is directly related to its amino acid composition. Some of these amino acids, termed essential amino acids, cannot be synthesized by humans and therefore must be supplied in the diet for adults and in particular for infants and children. Lysine is an essential amino acid synthesized via the aspartic acid metabolic pathway, in which threonine, methionine and isoleucine are also endproducts. Moreover, lysine is the first limiting amino acid in all cereal grains. For over 30 years, the aspartic acid metabolic pathway has been studied in higher plants with the aim of identifying and characterizing the key regulatory points controlling the biosynthetic pathway. Two clear distinct time periods, one begining with the development of tissue culture techniques (1970-80's) and the second with the development of plant transformation techniques (90's), has encouraged the production of biochemical mutants and transgenic plants with specific alterations in key enzymes of the pathway, leading to the overproduction and accumulation of threonine in all plant tissues. However, the accumulation of lysine in seeds has been particularly difficult to achieve. Such an observation, associated with the recent biochemical studies on lysine degradation in cereal and legume plant species, has indicated that the manipulation of lysine degradation is as important as the manipulation of lysine synthesis, if the goal of accumulating this amino acid in cereal seeds is to be achieved. In maize, the study and use of other mutants such as the opaque-2 and QPM (Quality Protein Maize) varieties, has contributed significantly to our understanding of the regulatory aspects of the aspartate pathway. The strategies of obtaining cereals rich in lysine and their relevance to the manipulation of other amino acids have been discussed.

A lisina é um aminoácido essencial cuja via de biossíntese faz parte da via metabólica do ácido aspártico, pela qual são também sintetizados os aminoácidos treonina, metionina e isoleucina. Além disso, a lisina é o principal aminoácido limitante em todos os cereais e por cerca de 30 anos a via do ácido aspártico tem sido estudada em plantas, com o intuito de desvendar e caracterizar os principais pontos chave na regulação das vias de biossíntese desses aminoácidos. Duas etapas distintas, uma primeira originada a partir do desenvolvimento da cultura de tecidos (anos 70-80) e a segunda a partir do desenvolvimento de técnicas para a transformação de plantas (anos 90), permitiram que mutantes bioquímicos e plantas trangênicas fossem produzidos com alterações específicas em passos metabólicos chave, levando à superprodução e acúmulo de treonina em vários tecidos das plantas. Entretanto, a acumulação de lisina em sementes não foi obtida. Tal fato, associado a estudos bioquímicos da via de degradação da lisina em cereais e em leguminosas, indicou que a manipulação da degradação seria tão ou mais importante que a manipulação da biossíntese de lisina para o acúmulo deste aminoácido em sementes dos cereais . Em milho, o uso e estudo de outros mutantes tais como o opaco-2 e variedades QPM (Quality Protein Maize) contribuíram significativamente para a compreensão dos eventos regulatórios. As estratégias para a obtenção de materiais ricos em lisina e sua relevância à manipulação de outros aminoácidos são revisados.