The land, water, and energy requirements of hydroponics were compared to those of conventional agriculture by example of lettuce production in Yuma, Arizona, USA. Data were obtained from crop budgets and governmental agricultural statistics, and contrasted with theoretical data for hydroponic lettuce production derived by using engineering equations populated with literature values. Yields of lettuce per greenhouse unit (815 m2) of 41 ± 6.1 kg/m2/y had water and energy demands of 20 ± 3.8 L/kg/y and 90,000 ± 11,000 kJ/kg/y (±standard deviation), respectively. In comparison, conventional production yielded 3.9 ± 0.21 kg/m2/y of produce, with water and energy demands of 250 ± 25 L/kg/y and 1100 ± 75 kJ/kg/y, respectively. Hydroponics offered 11 ± 1.7 times higher yields but required 82 ± 11 times more energy compared to conventionally produced lettuce. To the authors’ knowledge, this is the first quantitative comparison of conventional and hydroponic produce production by example of lettuce grown in the southwestern United States. It identified energy availability as a major factor in assessing the sustainability of hydroponics, and it points to water-scarce settings offering an abundance of renewable energy (e.g., from solar, geothermal, or wind power) as particularly attractive regions for hydroponic agriculture.

Abstract The COVID-19 disease caued by the Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has two characteristics that distinguish it from other viral infections. It affects more severely people with pre-existing comorbidities and viral load peaks prior to the onset of the symptoms. Investigating factors that could contribute to these characteristics, we found increased mTOR signaling and suppressed genes related to autophagy, lysosome, and vesicle fusion in Vero E6 cells infected with SARS-CoV-2. Transcriptomic data mining of bronchoalveolar epithelial cells from severe COVID-19 patients revealed that COVID-19 severity is associated with increased expression of genes related to mTOR signaling and decreased expression of genes related to autophagy, lysosome function, and vesicle fusion. SARS-CoV-2 infection in Vero E6 cells also resulted in virus retention inside the cells and trafficking of virus-bearing vesicles between neighboring cells. Our findings support a scenario where SARS-CoV-2 benefits from compromised autophagic flux and inhibited exocytosis in individuals with chronic hyperactivation of mTOR signaling, which might relate to undetectable proliferation and evasion of the immune system.

Collagen is the most abundant protein in animals. Its dysregulation contributes to ageing and many human disorders, including tissue fibrosis in major organs. How premature collagen proteins in the endoplasmic reticulum (ER) assemble and route for secretion remains molecularly undefined. From an RNAi screen, we identified an uncharacterized C. elegans gene tmem-131, deficiency of which impairs collagen production and activates ER stress response. We found that N-termini of human TMEM131 contain bacterial PapD chaperone-like (PapD-L) domains, which recruit premature collagen monomers for proper assembly and secretion. C-termini of TMEM131 interact with TRAPPC8, a component of the TRAPP tethering complex, to drive collagen cargo trafficking from ER to the Golgi. We provide evidence that previously undescribed roles of TMEM131 in collagen recruitment and secretion are evolutionarily conserved in C. elegans, Drosophila and humans.

Abstract Dysregulation of collagen production and secretion contributes to aging and tissue fibrosis of major organs. How premature collagen proteins in the endoplasmic reticulum (ER) route as specialized cargos for secretion remains to be fully elucidated. Here, we report that TMEM39, an ER-localized transmembrane protein, regulates production and secretory cargo trafficking of procollagen. We identify the C. elegans ortholog TMEM-39 from an unbiased RNAi screen and show that deficiency of tmem-39 leads to striking defects in cuticle collagen production and constitutively high ER stress response. RNAi knockdown of the tmem-39 ortholog in Drosophila causes similar defects in collagen secretion from fat body cells. The cytosolic domain of human TMEM39A binds to Sec23A, a vesicle coat protein that drives collagen secretion and vesicular trafficking. TMEM-39 regulation of collagen secretion is independent of ER stress response and autophagy. We propose that roles of TMEM-39 in collagen secretion and preventing ER stress are likely evolutionarily conserved.