The present study investigates ameliorative effects of nitric oxide (NO) against zinc oxide nanoparticles (ZnONPs) phytotoxicity in wheat seedlings. ZnONPs exposure hampered growth of wheat seedlings, which coincided with reduced photosynthetic efficiency (Fv/Fm and qP), due to increased accumulation of zinc (Zn) in xylem and phloem saps. However, SNP supplementation partially mitigated the ZnONPs-mediated toxicity through the modulation of photosynthetic activity and Zn accumulation in xylem and phloem saps. Further, the results reveal that ZnONPs treatments enhanced levels of hydrogen peroxide and lipid peroxidation (as malondialdehyde; MDA) due to severely inhibited activities of the following ascorbate-glutatione cycle (AsA-GSH) enzymes: ascorbate peroxidase, glutathione reductase, monodehydroascorbate reductase and dehydroascorbate reductase, and its associated metabolites ascorbate and glutathione. In contrast to this, the addition of SNP together with ZnONPs maintained the cellular functioning of the AsA-GSH cycle properly, hence lesser damage was noticed in comparison to ZnONPs treatments alone. The protective effect of SNP against ZnONPs toxicity on fresh weight (growth) can be reversed by 2-(4carboxy-2-phenyl)-4,4,5,5-tetramethyl- imidazoline-1-oxyl-3-oxide, a NO scavenger, and thus suggesting that NO released from SNP ameliorates ZnONPs toxicity. Overall, the results of the present study have shown the role of NO in the reducing of ZnONPs toxicity through the regulation of accumulation of Zn as well as the functioning of the AsA-GSH cycle.

Water quality index (WQI) is valuable and unique rating to depict the overall water quality status in a single term that is helpful for the selection of appropriate treatment technique to meet the concerned issues. However, WQI depicts the composite influence of different water quality parameters and communicates water quality information to the public and legislative decision makers. In spite of absence of a globally accepted composite index of water quality, some countries have used and are using aggregated water quality data in the development of water quality indices. Attempts have been made to review the WQI criteria for the appropriateness of drinking water sources. Besides, the present article also highlights and draws attention towards the development of a new and globally accepted â€œWater Quality Index” in a simplified format, which may be used at large and could represent the reliable picture of water quality.

Understanding the adverse impact of nanoparticles in crop plants has emerged as one of the most interesting fields of plant research. Therefore, this study has been conducted to investigate the impact of silver nanoparticles (AgNps) on Pisium sativum seedlings. Besides this, we have also tested whether nitric oxide (NO) is capable of reducing toxicity of AgNps or not. NO has been found as one of the most fascinating molecules, capable of enhancing plant tolerance to different environmental stresses. The results of the present study showed that AgNps treatments (1000 μM and 3000 μM) significantly declined growth parameters, photosynthetic pigments and chlorophyll fluorescence of pea seedlings, which could be correlated with increased accumulation of Ag in root and shoot of pea seedlings. In contrast, addition of SNP (100 μM; a donor of NO) successfully ameliorated AgNp-induced adverse effects on these parameters as it reduced accumulation of Ag and repaired damaged tissues. Levels of oxidative stress markers (SOR, H2O2 and MDA) were enhanced while their levels significantly reduced under SNP addition. AgNps (1000 μM and 3000 μM) significantly stimulated the activities of superoxide dismutase (SOD) and ascorbate peroxidase (APX) while inhibited activities of glutathione reductase (GR) and dehydroascorbate reductase (DHAR). AgNps also considerably declined the total ascorbate and glutathione contents and severely damaged leaf and root anatomical structures. On the other hand, addition of SNP further increased the level of SOD, APX, GR and DHAR and significantly increased the decreased levels of total ascorbate and glutathione contents, and repaired anatomical structures. In conclusion, this study suggests that AgNps treatments adversely decreased growth, pigments and photosynthesis due to enhanced level of Ag and oxidative stress. However, SNP addition successfully ameliorates adverse impact of AgNps on pea seedlings by regulating the Ag uptake, antioxidant system, oxidative stress and anatomical structures of root and shoot.

Herein, we are reporting a novel biological approach for the formation of zinc oxide (ZnO) nanoparticles using Maddar (Calotropis procera) latex at room temperature. X-Ray diffraction (XRD) pattern reveals the formation of ZnO nanoparticles, which shows crystallinity. Transmission electron microscopy (TEM) suggested particles size and shape in the range of 5-40 nm. Scanning electron microscopy (SEM) image reveals that the particles are of spherical and granular nature. UV-Vis absorption shows characteristic absorption peak of ZnO nanoparticles. Photoluminescence (PL) studies were performed to emphasize its emission properties. This simple and cost-effective biological approach for the formation of ZnO NPs has a promising application in biosensing, electronics and photonics.

Genome editing is an important tool for gene functional studies as well as crop improvement. The recent development of the CRISPR/Cas9 system using single guide RNA molecules (sgRNAs) to direct precise double strand breaks in the genome has the potential to revolutionize agriculture. Unfortunately, not all sgRNAs are equally efficient and it is difficult to predict their efficiency by bioinformatics. In crops such as cotton (Gossypium hirsutum L.), with labor-intensive and lengthy transformation procedures, it is essential to minimize the risk of using an ineffective sgRNA that could result in the production of transgenic plants without the desired CRISPR-induced mutations. In this study, we have developed a fast and efficient method to validate the functionality of sgRNAs in cotton using a transient expression system. We have used this method to validate target sites for three different genes GhPDS, GhCLA1, and GhEF1 and analyzed the nature of the CRISPR/Cas9-induced mutations. In our experiments, the most frequent type of mutations observed in cotton cotyledons were deletions (~64%). We prove that the CRISPR/Cas9 system can effectively produce mutations in homeologous cotton genes, an important requisite in this allotetraploid crop. We also show that multiple gene targeting can be achieved in cotton with the simultaneous expression of several sgRNAs and have generated mutations in GhPDS and GhEF1 at two target sites. Additionally, we have used the CRISPR/Cas9 system to produce targeted gene fragment deletions in the GhPDS locus. Finally, we obtained transgenic cotton plants containing CRISPR/Cas9-induced gene editing mutations in the GhCLA1 gene. The mutation efficiency was very high, with 80.6% of the transgenic lines containing mutations in the GhCLA1 target site resulting in an intense albino phenotype due to interference with chloroplast biogenesis.

Micronutrients like copper (Cu), manganese (Mn), Iron (Fe), and Zinc (Zn) are essential for plants, and their functions are tightly linked for vital metabolism. The normal concentration range for each of these metals in the plant is narrow, with both deficiencies and excesses causing severe physiological implications. Maintaining an optimum level of these redox-active metals in the plant requires balanced activities of transporters that mediate import into the cell, proper distribution to where it is needed and storage, and use in metalloproteins and metalloenzymes within the cell. Understanding the complexities of interaction between Fe and other micronutrients and how it defines the health of the plants would facilitate improved plant growth strategies on soils with the low/high levels of these metals, with implications for agriculture and phytoremediation. The review briefly discusses the role of these metals in plant and expands on iron homeostasis and its crosstalk with Cu, Zn, and Mn.

Abstract The occurring climate change is causing temperature increment in crop production areas worldwide, generating conditions of heat stress that negatively affect crop productivity. Tomato ( Solanum lycopersicum ), a major vegetable crop, is highly susceptible to conditions of heat stress. When tomato plants are exposed to ambient day/night temperatures that exceed 32°C/20°C respectively during the reproductive phase, fruit set and fruit weight are reduced, leading to a significant decrease in yield. Processing tomato cultivars are cultivated in open fields, where environmental conditions are not controlled, therefore plants are exposed to multiple abiotic stresses, including heat stress. Understanding the physiological response of modern processing tomato cultivars to heat stress may facilitate the development of thermotolerant cultivars. Here, we compared two tomato processing cultivars, H4107 and H9780, that we found to be constantly differing in yield performance. Using field and temperature-controlled greenhouse experiments, we show that the observed difference in yield is attributed to the occurrence of heat stress conditions. In addition, fruit-set and seed production were significantly improved in the thermotolerant cultivar H4107, compared with H9780. Despite the general acceptance of pollen viability as a measure of thermotolerance, there was no difference in the percentage of viable pollen between H4107 and H9780 under either of the conditions tested. Therefore, processing tomato cultivars may present a particular case, in which other factors are central for heat stress tolerance. Our results also demonstrate the value of combining controlled with uncontrolled experimental settings, in order to identify heat stress related responses and facilitate the development of thermotolerant processing tomato cultivars.

Abstract Plants encounter numerous biotic and abiotic challenges, with biotic stresses significantly limiting wheat productivity. Competition for nutrients and space among plants adds another layer of stress. Defense priming is a promising approach to enhancing plant protection against these environmental stresses. This study explores BABA (β-aminobutyric acid) priming in wheat against Bipolaris sorokiniana under varying degrees of competition. We assessed growth parameters, disease phenotype, biochemical changes, and yield-related traits in both primed and non-primed wheat under disease pressure and competition. Our findings revealed that growth parameters declined in both primed and non-primed wheat as competition increased. However, primed wheat showed better morphological growth than non-primed wheat at each competition level. Under disease pressure, primed wheat demonstrated protection comparable to non-challenged plants at all competition levels, while non-primed plants were susceptible. Non-primed wheat under high-density (HD) conditions exhibited the highest disease susceptibility due to intense competition. BABA-primed plants showed better disease protection at each competition level compared to non-primed plants. BABA priming allowed plants to mitigate competition effects and maintain a consistent defense response. The yield performance of primed wheat was superior to that of non-primed wheat across all competition levels. Our research suggests BABA priming as an effective pesticide-free strategy for crop protection against pathogens under competitive conditions.