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Risposta allo stress da freddo nei pesci: analisi del trascrittoma di Sparus Aurata (L.) esposta alle basse temperature
Full text linkFrom the second half of past century to nowadays aquaculture keeps on being the fastest-growing animal-food-producing sector, so that it has provided the 46% of total food fish supply in 2010. However, we are faced with a few problems closely connected to some aspects that are still unknown in the biology of certain relevant species such as the gilthead seabream (Sparus aurata). Functional genomics can offer very well-grounded tools to get information about the molecular mechanisms which are involved in physiological processes whose consequences may be very high also from an economic point of view. The issue concerning how the marine organisms and populations react to climatic changes is a question of paramount importance which is still rather unsettled. The gilthead bream is very sensitive to low temperatures, so that it does not survive when temperature falls under 5°C. In fact, in winter time the breeding cause often huge economic losses to their owners since the mortality rate rises because of metabolic syndrome known as winter disease. In this study we considered the gene expression profiles of Sparus aurata individuals which have been exposed to low temperatures, in experimental conditions that could represent as realistic as possible the winter season. The gene expression profile can be used as a tool to link up the genotype to the physiology and to the phenotype. Moreover, the study looked into populations coming from regions with different climatic conditions (Veneto and Sicily), by assuming a different tolerance to cold exposition. Four groups of wild sea bream (120±16 g), coming in pairs from the two regions, were exposed for 21 days to two temperature treatments: 16 ± 0.3 °C (control groups) and 6.8 ± 0.3 °C (cold groups). Liver and gill samples were collected during acute (0, 6 and 24 hours) and chronic exposure (21 days). The gene expression profiles were analyzed using an oligo-nucleotide microarray technology, with about 19,715 ESTs. Results revealed a complex transcriptomic response to cold with many molecular pathways involved among which: lipid and carbohydrate metabolism, regulation of heat shock proteins (HSPs) and other protein chaperones, protein degradation and repair, regulation of cell death, RNA and DNA metabolism, immune response. The earliest transcriptional response is linked to oxidative stress and anti-oxidant/survival cell response, suggesting an immediate disturbance of systemic oxygen balance. The largest transcriptional difference between cold and control groups occurred during long-term exposure, involving primarily several genes of lipid metabolism with a role in the re-allocation of energy sources and immune-related genes indicating an immunosuppressive effect of cold exposure.
The data on the liver and gill transcriptome of the gilthead sea bream exposed to cold provide a starting point to investigate physiological mechanisms underlying long term cold adaptation in fish and to address future research for the identification of cold tolerant S. aurata strain for aquaculture.Dalla seconda metà del secolo scorso ad oggi l‟acquacoltura continua ad essere il settore delle produzioni animali in più rapida crescita, con il 46% di pesce fornito sul totale consumato nel 2010. Rimangono, tuttavia, problematiche strettamente legate ad aspetti ancora sconosciuti nell‟ambito della biologia di alcune specie d‟interesse come l‟orata comune (Sparus aurata). La genomica funzionale può fornire validi strumenti per ottenere informazioni sui meccanismi molecolari coinvolti nei processi fisiologici importanti anche da un punto di vista economico. Come le popolazioni e le specie marine reagiscono ai cambiamenti climatici è una questione di importanza centrale ancora non del tutto risolta. L‟orata comune risente fortemente del freddo, non sopravvivendo a temperature inferiori ai 5°C e spesso, durante l‟inverno, gli allevamenti subiscono ingenti danni economici per l‟elevata mortalità data dalla sindrome metabolica winter disease. In questo studio sono stati valutati i profili di espressione genica di individui di S. aurata esposti alle basse temperature, in condizioni sperimentali che fossero il più realistiche possibile con la stagione invernale. Il profilo di espressione genica può servire come strumento per legare il genotipo alla fisiologia e al fenotipo. Sono state, inoltre, esaminate popolazioni provenienti da regioni con condizioni climatiche diverse, Veneto e Sicilia, ipotizzando una differente tolleranza al freddo. Quattro gruppi di orate (120±16 g), provenienti a coppie dalle due regioni, sono state esposte per 21 giorni a due trattamenti di temperatura: 16 ± 0,3 °C (gruppi di controllo) e 6,8 ± 0,3 °C (gruppi dei trattati). Campioni di fegato e branchia sono stati raccolti durante esposizione acuta (0, 6 e 24 ore) e cronica (21 giorni). I profili di espressione sono stati analizzati usando un microarray a oligo-nucleotidi con circa 19.715 geni. I risultati hanno rivelato una risposta trascrizionale complessa per la risposta al freddo, con numerosi pathway coinvolti: metabolismo di lipidi e carboidrati, heat shock protein (HSP) e chaperoni, degradazione proteica, apoptosi, metabolismo di RNA e DNA, risposta immunitaria. La prima risposta è legata allo stress ossidativo, suggerendo un disturbo immediato del bilancio dell‟ossigeno a livello sistemico, mentre le più grandi differenze trascrizionali tra trattati e controlli si rilevano durante l‟esposizione a lungo termine, e coinvolgono principalmente geni del metabolismo lipidico per la ridistribuzione delle riserve energetiche e geni dell‟immunità per l‟importante effetto immuno-soppressivo del freddo. I dati del trascrittoma di branchia e fegato di orate esposte alle basse temperature forniscono un punto di partenza per indagare i meccanismi fisiologici sottostanti l‟adattamento al freddo a lungo termine nei pesci e per indirizzare ricerche future volte all‟identificazione di ceppi di S. aurata resistenti al freddo in acquacoltura
Comparing the effects of soil fauna on litter decomposition and organic matter turnover in sustainably and conventionally managed olive orchards
Full text linkSoils and crops in Mediterranean agrosystems are vulnerable to climate change and environmental stresses, and they will be more and more in the next future. In this scenario, soil organic matter (SOM) plays a crucial role and its level is principally determined by the continuous physical and chemical action of soil fauna. While the importance of microorganisms in fruit agrosystems has been extensively and recently highlighted, the role of soil fauna - and particularly of macrofauna - to ecosystem services has been often overlooked. On this basis, the aim of this study was to characterize and compare C/N dynamics and other soil physicochemical parameters, soil macrofauna abundance, bioturbation and litter/SOM decomposition indices in a Mediterranean olive (Olea europaea L.) orchard subjected to two different soil management systems (namely sustainable, Smng, and conventional, Cmng) for 18 years. The adoption of the Smng system significantly increased almost three times the abundance of earthworms and two times that of other soil macrofauna. Bioturbation due to soil fauna and roots was significantly higher in the Smng system, and this caused a significantly faster SOM decomposition measured both in 90-day incubated local litter bags (decomposition constant = 0.092 and 0.072 in the Smng and Cmng system, respectively) and in tea bags (decomposition rate constant = 0.018 and 0.010 in the Smng and Cmng system, respectively). Soil C and N dynamics were also affected by different soil management. The results highlighted that the soil chemical quality of the Smng system is the result of the higher abundance and activity of soil fauna, in terms of enhanced litter decomposition and bioturbation. From the general analysis of the data obtained, it emerged that the role of soil fauna should be seriously taken into account in land management strategies not exclusively oriented to fruit yield and quality, but also to soil fertility restoration
Soil macrofauna: a key factor for promoting sustainable soil use and increasing soil fertility in fruit orchard agrosystems
No full textSoils and crops in orchard agrosystems are particularly vulnerable to climate change and environmental stresses. In many orchard soils, soil biodiversity and the ecosystem services it provides are under threat from a range of natural and manmade drivers. In this scenario, sustainable soil use aimed at increasing soil organic matter (SOM) and SOM-related benefits, in terms of soil quality and fertility, plays a crucial role. The role of soil macrofaunal organisms as colonizers, comminutors and engineers within soils, together with their interactions with microorganisms, can contribute to the long-term sustainability of orchard soils. Indeed, the continuous physical and chemical action of soil fauna significantly affects SOM levels. This review paper is focused on the most advanced and updated research on this argument. The analysis of the literature highlighted that a significant part of soil quality and fertility in sustainably-managed fruit orchard agrosystems is due to the action of soil macrofauna, together with its interaction with decomposing microorganisms. From the general analysis of the data obtained, it emerged that the role of soil macrofauna in orchards agrosystems should be seriously taken into account in land management strategies, focusing not exclusively on fruit yield and quality, but also on soil fertility restoration
Carbon capture and soil biological activity in fruit tree orchards
No full textClimate changes (mainly increased temperature and precipitation changes) will have agricultural consequences due to the interrelations between climate and soil degradation, land and water use, landscape changes. At the same time, conservation agriculture offers new chances to adapting and mitigating climate change. In sustainable agro-forestry systems, management practices are able to increase carbon inputs into soil and possibly reduce GHGs emissions due to some revised field operations (e.g. irrigation, pest and disease, fertilization, soil and plant management). Carbon enrichment increases biological activities by changing (improving) soil structure as well as the soil moisture and nutrient contents which are beneficial to plant growth and production. This paper reports results on the effects of changed soil management practices from conventional (soil tillage, mineral fertilisers, burning of pruning residues) to sustainable (no-tillage, pruning residues and cover crop retention, compost application) on soil microbial biomass and organic carbon (SOC). Results show that a 7-year period of changed practices significantly (including carbon input at a mean rate of 8-9 t C ha-1 y-1) increased SOC concentration (from 1.3% up to 1.8%, early top 10 cm) proving the potential role of that orchards for carbon capture. The paper shows the beneficial effects of sustainable practices on yield which was improved by 30-50% as compared with conventional managed orchards. The effects of carbon addition on reserves of soil nutrients (N, P, K, Ca, Mg) and on CO2 soil emission are discussed
GESTIONE DEL SUOLO E DINAMICHE DEL CARBONIO
No full textIl lavoro riporta gli effetti di una gestione alternativa (non-lavorazione, riciclo materiale di potatura, inerbimento, applicazione di compost) sul contenuto di carbonio organico e di emissioni di CO2 dal suolo in un pescheto del Metapontino. La gestione alternativa è confrontata con quella convenzionale adottata nell’area (lavorazioni del suolo, materiale potatura allontanato dal frutteto, concimazione esclusivamente minerale). I risultati provano che un periodo di 7 anni di gestione alternativa del pescheto è in grado di incrementare significativamente il contenuto di carbonio organico nel suolo negli strati superficiali (da circa 1,3 a 1,8%). Lo studio evidenzia la variabilità spaziale delle emissioni di CO2 (maggiori lungo la fila rispetto all’interfila) e quella stagionale che descrive un rapido aumento in primavera ed una declino nei mesi più caldi. Si discute la necessità di incrementare le informazioni esistenti su emissioni di CO2 e capacità di stoccaggio del carbonio nel suolo.
Questa tipologia di studio può essere importante per le nuove politiche ambientali che dovrebbero recepire la recente direttiva della Commissione Europea (COM(2006)231 final) che pone il suolo dei sistemi agrari come interfaccia fra aspetti di tipo agronomico-produttivo e di riduzione delle emissioni di gas serra in un ottica di frutteto polifunzionale.
Abstract
The paper reports the effects of alternative practices (no-tillage, cover crops, compost addition, mulching of pruning residuals) on soil organic carbon and CO2 emissions in a Mediterranean peach orchard. The alternative management has been compared against the conventional one (soil tillage, burning of pruning residuals, mineral fertilisation). After a 7-year period of changed practices soil organic carbon increased from approx. 1.3 to 1.8% in the upper soil layer. The paper highlights the spatial variability of CO2 soil emissions (higher along the row than inter-row) and their seasonal pattern. More information are needed on soil capability to serve as a sink for atmospheric CO2 in agroecosystems. This could be significant for new environmental policies triggered by the recent European Commission Directive COM(2006)231-final which recognises soil as interface between agronomic/productive aspects and a contribution to offset GHG emissions
Sustainable production systems in fruit tree orchards
No full textThis paper mainly focuses on the effects of changed soil management practices from conventional (soil tillage, mineral fertilisers, burning of pruning residues) to sustainable (no-tillage, pruning residues and cover crop retention, compost application) on soil microbial biomass and organic carbon (SOC). Additionally, the water footprint (m3 t-1) for a sustainable olive orchard and its green and blue components are reported. Results show that a 7-year period of changed practices significantly increased SOC concentration and soil microbial biomass at Mediterranean fruit tree orchards. The paper shows the beneficial effects of sustainable practices on yield which was improved by 30-50% as compared with conventional managed orchards. The effects of carbon addition on reserves of soil nutrients (N, P, K, Ca, Mg) and on CO2 soil emission are discussed
Sustainable orchards as an atmospheric CO2 offset tool
Full text linkAgriculture is responsible for almost 14% of equivalent CO2
emissions, but it has a potential role in mitigating
climate changes, with the identification of alternative management practices aimed to reduce CO2 emissions and
increase CO2 capture.
Climate changes (mainly increased temperature and precipitation changes) will have agricultural consequences
due to the interrelations between climate and soil degradation, land and water use.
This paper reports results on the effects of changed soil management practices from conventional (soil tillage,
mineral fertilisers, burning of pruning residues) to sustainable (no-tillage, pruning residues and cover crop
retention, compost application) on carbon pools.
Results show that a 7-year period of changed practices (including carbon input at a mean rate of 8-9 t/ha C
per year) significantly increased SOC concentration (from 1.3% up to 1.8%, upper 0.1 m) and carbon litter.
Considering the various carbon pools, it has been preliminary estimated that approx. 50 t/ha CO2 were stored
(0.4 m soil depth) at the end of the experimental period at the sustainable plot. By contrast, the conventional plot
continued to be a CO2 source mainly because of tillage and burning of prunings.
The paper shows the beneficial effects of sustainable practices on yield which was improved by 30-50% as
compared with conventional managed orchards. The effects of carbon addition on reserves of soil nutrients (N, P,
K, Ca, Mg) and on CO2 soil emission are discussed
Effetti dell’agricoltura sostenibile sulla qualità del suolo di colture di oliveto e pescheto
No full textNel corso degli ultimi decenni, pratiche agricole intensive come la lavorazione del suolo, un elevato impiego di concimi minerali, l’applicazione di acqua irrigua di bassa qualità e la rimozione dei residui di potatura, hanno determinato la perdita di fertilità e l'esaurimento di carbonio organico nel suolo (SOC). Al contrario, le pratiche di gestione sostenibile possono contribuire a recuperare la produttività e la biodiversità del suolo. L'obiettivo principale di questo studio è stato quello di analizzare alcuni parametri di fertilità del suolo in un oliveto ed un pescheto gestiti in modo sostenibile. In particolare, nell’oliveto sono state adottate le seguenti pratiche agricole: irrigazione a goccia con acque reflue urbane trattate, assenza di lavorazione del suolo, inerbimento naturale, pacciamatura con residui di potatura. Il pescheto è stato gestito secondo il Reg. 834/07 sull’agricoltura biologica e ha previsto l’impiego di compost e di irrigazione a goccia. Nel corso di un anno, sono stati effettuati tre campionamenti di suolo (marzo, giugno, ottobre) e in ciascun frutteto, sono state individuate due aree di campionamento: fila (sotto gli emettitori) e inter-fila (solo apporti idrici pluviale).
Il grado di qualità del suolo è stato espresso dal rapporto Nc/Nk, dove Nk è il valore di azoto Kjeldahl del suolo, mentre Nc è una funzione lineare della biomassa microbica carbonio, della capacità di mineralizzazione dell’N e di tre attività enzimatiche del suolo (fosfomonoesterasi, β-glucosidasi e ureasi) coinvolte nel turnover di N e influenzate dalla sua disponibilità.
I risultati hanno evidenziato un effetto positivo delle pratiche di agricoltura sostenibile e dell’irrigazione in tutti i prelievi del pescheto e nei primi dell’oliveto, attestati dai valori dell’indice Nc/Nk maggiori per la tesi sperimentale rispetto al controllo. Da questi valori, sono stati calcolati gli indici Nc/Nk, riportati in tabella 2, maggiori nella tesi irrigata rispetto al controllo inter-fila nei prelievi di marzo e giugno (valori quasi raddoppiati nel prelievo di marzo), mentre nel prelievo di ottobre l’indice Nc/Nk è risultato essere maggiore nel controllo. Sono stati inoltre determinati parametri fisico-chimici del suolo. È in corso l’indagine molecolare della popolazione microbica di questi suoli mediante l’amplificazione in Real Time PCR dei geni codificanti subunità della nitrogenasi (nifH), dell’ammoniaca monossigenasi (amoA), nitrito reduttasi (nirK e nirS), e nitroso ossido riduttasi (nosZ), volta a quantificare la frazione della comunità microbica coinvolta nei processi chiave del ciclo dell'azoto nel suolo. L'aumento delle conoscenze sui processi legati ai microrganismi del suolo coinvolti nelle dinamiche che influenzano la disponibilità di C e di N per le piante, può condurre all’ottimizzazione delle strategie di gestione sostenibili del suolo. Tale approccio si sposa con un moderno e multifunzionale dell'agricoltura, basato sulla qualità dei prodotti, la tutela dell'ambiente, il risparmio di risorse naturali (suolo e acqua in primis) e la promozione della salute umana
Nitrogen dynamics and N-cycling bacterial communities in a Mediterranean olive orchard under a sustainable farming system
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