Abstract Sudden failure of a mine tailing dam occurred in the municipality of Brumadinho, Minas Gerais, Brazil, on January 25, 2019. Approximately 12 million cubic meters of mine tailings discharged into the Paraopeba River, producing strong environmental and societal impacts, mainly due to a massive increase in turbidity (occasionally exceeding 50,000 Nephelometric Turbidity Units [NTU] (CPRM 2019). Remote sensing is a well-established tool for quantifying spatial patterns of turbidity. However, a few empirical models have been developed to map turbidity in rivers impacted by mine tailings. Thus, this study aimed to develop an empirical model capable of producing turbidity estimates based on images from the Sentinel-2 satellite, using the Paraopeba River as the study area. We found that river turbidity was most strongly correlated with the sensor’s near-infrared band (NIR) (band 8). Thus, we built an empirical single-band model using an exponential function with an (R2 of 0.91) to characterize the spatial-temporal variation of turbidity based on satellite observations of NIR reflectance. Although the role of discharged tailings in the seasonal variation of turbidity is not well understood, the proposed model enabled the monitoring of turbidity variations in the Paraopeba River associated with seasonal resuspension or deposition of mine tailings. Our study shows the capability of single-band models to quantify seasonal variations in turbidity in rivers impacted by mine tailing pollution.

RESUMO: No sistema de cultura de tecidos de plantas, o fornecimento excessivo de hormônios de crescimento vegetal pode inibir o crescimento e desenvolvimento dos regenerantes e, às vezes, induzir a variação somaclonal. Neste estudo, a concentração ideal de hormônios de crescimento para regeneração in vitro de Oryza sativa L. cv. MRQ 74 foi identificada, e, posteriormente, a ocorrência de variação somaclonal de plântulas regeneradas foi determinada através da análise citológica de plântulas cultivadas in vivo e in vitro. O meio de cultura MS suplementado com 0,1 mg L-1 de BAP em combinação com 0,1 mg L-1 de ANA foi a concentração ideal para a indução da parte aérea e das raízes de Oryza sativa L. cv. MRQ 74. As plântulas derivadas de meio MS suplementado com 0,5 mg L-1 de 2,4-D apresentaram maior taxa de sobrevivência do que as do meio MS suplementado com 0,1 mg L-1 de BAP em combinação com 0,1 mg L-1 de ANA. A altura de plantas, o número de folhas, o comprimento das folhas e o número de sementes por caule de planta aclimatizada foram significativamente menores (p<0,05) do que nas plantas cultivadas in vivo. A análise citológica de Oryza sativa L. cv. MRQ 74 cultivada in vivo e in vitro revelou que a presença de 2,4-D no meio de cultura diminuiu significativamente o índice mitótico (IM) e aumentou o nível de ploidia dos núcleos celulares. Os resultados do presente estudo podem ser úteis para criadores de plantas e biotecnologistas, uma vez que a variação somaclonal fornece uma fonte útil de variação genética para a produtividade e melhoria da qualidade das culturas.

ABSTRACT: In plant tissue culture system, the excessive supply of plant growth hormones may inhibit further growth and development of the regenerants and sometimes it may induce somaclonal variation. In this study, the optimum concentration of plant growth hormones for in vitro regeneration of Oryza sativa L. cv. MRQ 74 was identified and subsequently the occurrence of somaclonal variation of regenerated plantlets was determined through cytological analysis of in vivo and in vitro grown plantlets. MS media supplemented with 0.1 mg L-1 BAP in combination with 0.1 mg L-1 NAA was found to be the optimum concentration for shoots and roots induction of Oryza sativa L. cv. MRQ 74. Plantlets derived from MS media supplemented with 0.5 mg L-1 2,4-D showed higher survival rate than that of MS media supplemented with 0.1 mg L-1 BAP in combination with 0.1 mg L-1 NAA. The plant height, number of leaf, leaf length and number of seeds per stalk of acclimatized plants were significantly lower (p<0.05) as compared with plants grown in vivo. Cytological analysis of in vivo and in vitro grown Oryza sativa L. cv. MRQ 74 revealed that the presence of 2,4-D in the culture media had significantly decreased the mitotic index (MI) and increased the ploidy level of the cell nuclei. The findings of the present study would be useful for plant breeders and biotechnologist since somaclonal variation provides a useful source of genetic variation for crop productivity and quality improvement.

RESUMO: Um protocolo eficiente para a floração in vitro foi estabelecido com sucesso para Impatiens balsamina cv. Dwarf Bush, uma planta medicinal importante, através de técnicas de cultura de tecidos. Foram utilizados explantes com broto, talo e pecíolo, extraídos de mudas assépticas com quatro semanas de vida, cultivadas em meio MS, suplementadas com diferentes concentrações de reguladores de crescimento de plantas (RCP), para indução de floração in vitro. O tratamento com ácido giberélico (GA3), benzilaminopurina (BAP) e cinetina (Kin), aplicado isoladamente em meio MS (pH 5,8), conseguiu estimular a floração a 23-26 oC, com fotoperíodo de 16 horas com luz e 8 horas sem. Observou-se que os explantes de broto eram mais responsivos que os explantes de talo na formação floral. A regeneração foi obtida via organogênese direta. Para explantes de broto, o tratamento que induziu a maior taxa de floração in vitro (7,30 ± 0,16 flores por plântula) foi o de 1,0 mg L-1 GA3. Análises ultraestruturais e histológicas de flores in vivo e in vitro foram realizadas para detectar qualquer variação somaclonal. Esta pesquisa descreveu um protocolo simples para a rápida floração in vitro, que será muito benéfico para futuras pesquisas em genética, citologia e biologia molecular.

ABSTRACT: An efficient protocol for in vitro flowering was successfully established for Impatiens balsamina cv Dwarf Bush, an important medicinal plant, through tissue culture techniques. Shoot, stem and petiole explants obtained from 4 week-old aseptic seedlings cultured on MS medium supplemented with different concentrations of plant growth regulator (PGR) were used for in vitro flower induction. Gibberellic acid (GA3), benzylaminopurine (BAP) and kinetin (Kin) treatment singly applied in MS media (pH 5.8), could all stimulate flowering at 23-26 oC with photoperiod of 16 hours light and 8 hours dark. It was observed that shoot explants were more responsive than stem explants in floral formation. Regeneration was achieved via direct organogenesis. For shoot explants, the treatment that induced the highest rate of in vitro flowering (7.30 ± 0.16 flowers per plantlet) was 1.0 mg L-1 GA3. Ultrastructural and histological analysis of in vivo and in vitro flowers were done to discover any somaclonal variation. This research described a simple protocol for rapid in vitro flowering that will be very beneficial for further breeding, cytological and molecular biology research.

Este trabalho revela uma estratégia biotecnológica incomum mas valiosa e relacionada com o uso de um mesmo polímero (benzidrilamino-resina, BHAR) para fins de síntese e purificação por troca aniônica de peptídeos. Inicialmente, o octapeptídeo DRVYIHPF-NH2 foi sintetizado em BHAR com 1% e 3% de intercruzamento e contendo 2,5 mmol g-1 de grupos amônio. Devido certamente a uma menor rigidez da sua estrutura polimérica, um maior rendimento na síntese (cerca de 80%) foi obtido com a primeira resina. A seguir, os peptídeos DEVYEHPF-NH2 e DEVYEDPF-NH2 carregados negativamente (-1 e -3 em pH neutro, respectivamente), ambos sintetizados em 1% BHAR, foram submetidos a um teste de separação cromatográfica no mesmo tipo de resina (1% e 3%). Concordante com resultados da síntese de peptídeos e de valores de inchamento dos grãos das resinas, obtidos por microscopia, uma melhor separação entre ambos os peptídeos ocorreu com o lote de 1% BHAR. Estes achados demonstraram que a BHAR, aplicada até o momento somente para a síntese peptídica, se contiver elevado teor de grupos amônio positivos, pode ser utilizada alternativamente como suporte sólido para purificação cromatográfica deste tipo de molécula biológica.

This work reveals an uncommon but valuable biotechnological approach regarding the use of a same polymer (benzhydrylamine-resin, BHAR) for synthesis and anion exchange purification of peptides. Initially, the octapeptide DRVYIHPF-NH2 was synthesized in 1% and 3% cross-linked BHAR, attaching 2.5 mmol g-1 ammonium groups. Due certainly to its less rigid polymeric backbone, higher synthesis yield (about 80%) was achieved with the former resin. Next, the negatively charged peptides DEVYEHPF-NH2 and DEVYEDPF-NH2 (-1 and -3 in neutral pH, respectively), both synthesized in 1% BHAR were submitted to chromatographic separation test in this same type of resin (1% and 3%). Following comparative results of peptide synthesis and swelling data of resin beads obtained by microscopy, an improved separation of both peptides occurred with 1% BHAR batch. These findings demonstrated that BHAR applied so far for peptide synthesis, when containing high amount of positively charged ammonium groups, can be also used alternatively as a solid support for chromatographic purification of this type of biological molecule.