Kim, Hyeon Su;Lee, Shin Ae;Kim, Yiseul;Sang, Mee kyung;Song, Jaekyeong;Chae, Jong-Chan;Weon, Hang-Yeon
Research in Plant Disease
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v.24
no.3
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pp.221-232
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2018
Rhizobacteria play important roles in plant growth and health enhancement and render them resistant to not only biotic stresses but also abiotic stresses, such as low/high temperature, drought, and salinity. This study aimed to select plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) with the capability to mitigate biotic and abiotic stress effects on tomato plants. We isolated a novel PGPR strain, Variovorax sp. PMC12 from tomato rhizosphere. An in vitro assay indicated that strain PMC12 produced ammonia, indole-3-acetic acid (IAA), siderophore, and 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) deaminase, which are well-known traits of PGPR. The aboveground fresh weight was significantly higher in tomato plants treated with strain PMC12 than in non-treated tomato plants under various abiotic stress conditions including salinity, low temperature, and drought. Furthermore, strain PMC12 also enhanced the resistance to bacterial wilt disease caused by Ralstonia solanacearum. Taken together, these results indicated that strain PMC12 is a promising biocontrol agent and a biostimulant to reduce the susceptibility of plants to both abiotic and biotic stresses.
Kim, Kihwan;Kim, Byeonggyu;Shin, Juhyung;Kim, Won-Chan
Journal of Applied Biological Chemistry
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v.64
no.1
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pp.39-48
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2021
Droughts are one of the abiotic stresses that hinders the growth and productivity of crop plants. Coping with abiotic stress is necessary to understand the molecular regulatory networks that makes plants respond to adverse environmental conditions. In our experiment to find a combination that can cope with abiotic stress (respond to drought), we screened 5 stress-inducible promoters that are expressed only under stress conditions. This founded 36 cis-elements in stress-inducible promoters. With the result we designed 2 synthetic promoters (BL1, BL2) for fine-controlled regulation by assembling cis-elements from the native promoters, which are expressed only under stress caused by droughts. Analysis of the transgenic plant (BL1-GUS, BL2-GUS) showed that the synthetic promoters increased the expression of β-glucuronidase (GUS) in transgenic plants under desiccation. Also in the transient activation assay demonstrated that synthetic promoters induced the co-transformation of effector DREB1A and DREB2C. These results expect that the synthetic promoter with a combination of drought-specific elements can be used to respond to various abiotic stress and is resistant to stress without causing growth retardation.
The phytohormone abscisic acid (ABA) plays an important role in the adaptive response of plants to abiotic stresses. ABA also regulates many important processes, including seed dormancy, germination, inhibition of cell division, and stomatal closure. OsABF2 (Oryza sativa ABRE binding factor2) is one of the bZIP type transcription factors, which are involved in abiotic stress response and ABA signaling in rice. Expression of OsABF2 is induced by ABA and various stress treatments. Findings show that survival rates of OsABF2 over-expressing Arabidopsis lines were increased under drought, salt, and heat stress conditions. The germination ratio of OsABF2 over-expressing Arabidopsis lines was decreased in the presence of ABA. Results indicate that OsABF2 over-expressing Arabidopsis lines have enhanced abiotic stress tolerance and have increased ABA sensitivity.
Stress has been linked to the pathophysiology and pathogenesis of various psychiatric illnesses. Over the past few years, our understanding of the brain and neuroendocrine systems that are linked to stress responses has increased enormously. This article reviews a series of animal and human studies to understand what are the central pathways by which stress is perceived, processed, and transduced into a neuroendocrine response. We focus on the limbic-hypothalamic-pituitary-adrenal(LHPA) axis and several neurotransmitter systems such as norepinephrine, CRF, serotonin, acetylcholine, and dopamine. LHPA stress circuit is a complex system with multiple control mechanisms which are altered in pathological states. CRF and related peptides in the central nervous system appear to enhance behavioral responses to stressors. Norepinephrine systems are also activated by stressors and cause the release of catecholamines from the autonomic nervous system. CRF-norepinephrine interaction makes a feed-forward system which may be important for an organism to mobilize not only the pituitary system but also the central nervous system, in response to environmental challenges. The interactions among several neurotransmitters and endocrine systems appear to play key roles in mediating various behavioral and psychological stress responses involving abnormal responses to stressors such as anxiety and affective disorders.
Lee, Su Young;Lee, Jung Lim;Kim, Seung Tae;Lee, Eun Kyung;Kwon, O Hyeon;Kim, Won Hee
FLOWER RESEARCH JOURNAL
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v.19
no.4
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pp.269-273
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2011
This study was conducted to investigate the resistance to abiotic stress in the progeny obtained by a cross between NDPK2-transgenic line (NDPK2-7-1) and MnSOD (SOD2) transgenic line (SOD2-2-1-1-35) to develop transgenic petunia highly resistant to environmental stress. At the treatment of 100 and $200{\mu}M$ methyl viologene (MV), the progeny was significantly less damaged than its parental plants (SOD2- or NDPK2-transgenic lines) as well as non-transgenic plants, implying its resistance to oxidative stress enhanced than SOD2- or NDPK2-transgenic plants. In an expression of 11 quantitative traits, the progeny remained similar to control plants, although it infrequently displayed slightly longer or wider than non-transgenic control plants. In the color and shape of flowers, there was no significant difference between the progeny and its parents or non-transgenic control.
Abiotic stress conditions such as cold, drought, and salinity trigger physiological and morphological changes and yield loss in plants. Hence, plants adapt to adverse environments by developing tolerance through complex regulation of genes related to various metabolic processes. This study was conducted to construct a coexpression network for multidirectional analysis of salt-stress response genes in Brassica rapa (Chinese cabbage). To construct the coexpression network, we collected KBGP-24K microarray data from the B. rapa EST and microarray database (BrEMD) and performed time-based expression analyses of B. rapa plants. The constructed coexpression network model showed 1,853 nodes, 5,740 edges, and 142 connected components (correlation coefficient > 0.85). On the basis of the significantly expressed genes in the network, we concluded that the development of salt tolerance is closely related to the activation of $Na^+$ transport by reactive oxygen species signaling and the accumulation of proline in Chinese cabbage.
Calcium-dependent protein kinases (CDPKs) are known to be involved in regulating plant responses to abiotic stresses such as salinity, cold temperature and dehydration,. Although CDPKs constitute a large multigene family consisting of 31 genes in rice, only a few rice CDPKs' functions have been identified. Therefore, in order to elucidate the functions of OsCPK11 in rice, this study was intended to focus on the expression pattern analysis of OsCPK11 in wild type and ND0001 oscpk11 mutant plants under these abiotic stresses. For the salt, cold and drought stress treatment, seedlings were exposed to 200 mM NaCl, 4℃ and 20% PEG 6,000, respectively. RT-PCR and quantitative real-time PCR were performed to determine the expression patterns of OsCPK11 in wild type and ND0001 mutant plants. RT-PCR results showed that OsCPK11 transcripts in the wild type and heterozygous mutant were detected, but not in the homozygous mutant. Real-time PCR results showed that relative expression of OsCPK11 of wild type plants was increased and reached to the highest level at 24 hr, at 6 hr and at 24 hr under salt, cold and drought stress conditions, respectively. Relative expression of OsCPK11 of ND0001 homozygous plant was significantly reduced compared to that of wild type. These results suggested that oscpk11 homozygous mutant knocks out OsCPK11 and OsCPK11 might be involved in salt, cold and drought stress signaling by regulating its gene expression.
Pseudomonas veronii MS1 and P. migulae MS2 have several mechanisms of copper resistance and plant growth promoting capability, and also can alleviate abiotic stress in plant by hydrolysis of a precursor of stress ethylene, 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) by ACC deaminase. In 4-week pot test for tomato growth in soil contained 700 mg/kg Cu, inoculation of MS1 and MS2 significantly increased root and shoot lengths, wet weight and dry weight of tomato plants compared to those of uninoculated control. The inoculated tomato plants contained less amounts of proline that can protect plants from abiotic stress, and malondialdehyde, an oxidative stress marker than those of control. ACC synthase genes, ACS4 and ACS6, and ACC oxidase genes, ACO1 and ACO4, both involved in ethylene synthesis, were strongly expressed in Cu stressed tomato, whereas significantly reduced in tomato inoculated with MS1 and MS2. Also, a gene encoding a metal binding protein metallothionein, MT2 showed similar expression pattern with above genes. All these results indicated that these rhizobacteria could confer Cu resistance to tomato plant under Cu stress and allowed a lower level of Cu stress and growth promotion.
Park, Hyun Jun;Park, Hyekyung;Son, Ga Yeon;Nam, Bo Eun;Kim, Jae Geun
Journal of Wetlands Research
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v.22
no.2
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pp.113-120
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2020
For the conservation of both Sericinus montela (vulnerable species by red book of Korea) and A. contorta, we investigated environmental factors affecting the growth and reproduction of Aristolochia contorta. We selected four A. contorta habitats at Gapyeong, Pyeongtaek, Cheongju, and Yeoju in Korea and surveyed community and habitat characteristics of companion species, herbivore appearance, support types, and soil physicochemical properties in July and October, 2018. Habitat environments and the growth and reproduction characteristics of A. contorta were different according to four habitats of different regions. In particular, the fastest growth speed and earliest flowering and fruiting were observed in Pyeongtaek. Growth of A. contorta in Cheongju and Yeoju were interrupted by aboveground damage from human disturbance. In this study, support types seemed to be important for growth speed of A. contorta. Flowering and fruiting timing were likely to be related to combined effects of soil cation contents and competitive and herbivore stresses. Therefore, providing effective support and reducing biological stress should be necessary for stable growth and proper flowering and fruiting timing of A. contorta. In addition, experimental evidence would be needed to figure out the effect of soil cation and biological stress on flowering and fruiting of A. contorta in detail.
This study examined effects of Enterobacter ludwigii SJR3 showing a high 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) deaminase activity, on growth of tomato plant and its expression of stress-related genes under drought and salt stress. SJR3 strain was inoculated at $10^6cell/g$ soil to 4-week grown tomato plants, and drought and salt stresses were treated. After additional incubation for 1 week, root length, stem length, fresh weight and dry weight of tomato plants treated with SJR3 increased by 37.8, 37.2, 96.8 and 146.6%, respectively compared to those of uninoculated plants in drought stress environment, and they increased by 19.2, 25.4, 19.5, and 105.8%, respectively in salt stress environment. Proline content in tomato leaves increased significantly under stress conditions as one of a protecting substance against stresses, but proline contents in tomato treated with SJR3 decreased by 62.1 and 54.1%, respectively. Relative expression of genes encoding ACC oxidase, ACO1 and ACO4, ethylene response factor genes ERF1 and ERF4, and some other stress-related genes were examined from tomato leaves. Compared to the non-stressed tomato, expressions of all stress-related genes increased significantly in the stressed tomato, but gene expressions in the inoculated tomato were similar to those of no-stressed control tomato. Therefore, E. ludwigii SJR3 may play an important role in mitigating drought and salt stress in plants, and can increase productivity of crops under various abiotic stresses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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