Park, Hyung-In;Kang, Jung-Youn;Sohn, Hee-Kyung;Kim, Soo-Young
Journal of Plant Biotechnology
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v.4
no.2
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pp.53-58
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2002
Adverse environmental conditions such as drought, high salt and cold/freezing are major factors that reduces crop productivity worldwide. According to a survey, 50-80% of the maximum potential yield is lost by these "environmental or abiotic stresses", which is approximately ten times higher than the loss by biotic stresses. Thus, improving stress-tolerance of crop plants is an important way to improve agricultural productivity, In order to develop such stress-tolerant crop plants, we set out to identify key stress signaling components that can be used to develop commercially viable crop varieties with enhanced stress tolerance. Our primary focus so far has been on the identification of transcription factors that regulate stress responsive gene expression, especially those involved in ABA-mediated stress response. Be sessile, plants have the unique capability to adapt themselves to the abiotic stresses. This adaptive capability is largely dependent on the plant hormone abscisic acid (ABA), whose level increases under various stress conditions, triggering adaptive response. Central to the response is ABA-regulated gene expression, which ultimately leads to physiological changes at the whole plant level. Thus, once identified, it would be possible to enhance stress tolerance of crop plants by manipulating the expression of the factors that mediate ABA-dependent stress response. Here, we present our work on the isolation and functional characterization of the transcription factors.n factors.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2022.10a
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pp.195-195
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2022
Abiotic stress is a major problem in global agriculture as it negatively affects crop growth, yield, and quality. Wheat (Triticum aestivum) is the world's second-highest-producing food resource, so the importance of mitigating damage caused by abiotic stress has been emerging. In this study, we performed GWAS to search for SNPs associated with salt tolerance and drought tolerance. NaCl (200 mM) treatment was performed at the seedling stage using 613 wheat varieties in Korean wheat core collection. Root length, root surface area, root average diameter, and root volume were measured. Drought stress was applied at the seedling stage, and the above phenotypes were measured. GW AS was performed for each phenotype data using the MLM, MLMM, and FarmCPU models. The best salt-tolerant wheat varieties were 'MK2402', 'Gyeongnam Geochang-1985-3698', and 'Milyang 13', showing superior root growth. The significant SNP AX-94704125 (BA00756838) were identified in all models. The genes closely located to the significant SNP were searched within ± 250 kb of the corresponding SNP. A total of 11 genes were identified within the region. NB-ARC involved in the defense response, FKSI involved in cell wall biosynthesis, and putative BP Ml involved in abiotic stress responses were discovered in the 11 genes. The best drought-tolerant wheat varieties were 'PI 534284', 'Moro of Sind', and 'CM92354-33M-0Y-0M-6Y-0B-0BGD', showing superior root growth. This study discovered SNPs associated with salt tolerance in Korean wheat core collection through GWAS. GWAS of drought tolerance is now proceeding, and the GWAS results will be represented on a poster. The SNPs identified by GWAS can be useful for studying molecular mechanisms of salt tolerance and drought tolerance in wheat.
Recently, global warming and drastic climate change are the greatest threat to the world. The climate change can affect plant productivity by reducing plant adaptation to diverse environments including frequent high temperature; worsen drought condition and increased pathogen transmission and infection. Plants have to survive in this condition with a variety of biotic (pathogen/pest attack) and abiotic stress (salt, high/low temperature, drought). Plants can interact with beneficial microbes including plant growth-promoting rhizobacteria, which help plant mitigate biotic and abiotic stress. This overview presents that rhizobacteria plays an important role in induced systemic resistance (ISR) to biotic stress or induced systemic tolerance (IST) to abiotic stress condition; bacterial determinants related to ISR and/or IST. In addition, we describe effects of rhizobacteria on defense/tolerance related signal pathway in plants. We also review recent information including plant resistance or tolerance against multiple stresses ($biotic{\times}abiotic$). We desire that this review contribute to expand understanding and knowledge on the microbial application in a constantly varying agroecosystem, and suggest beneficial microbes as one of alternative environment-friendly application to alleviate multiple stresses.
Proceedings of the Plant Resources Society of Korea Conference
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2010.10a
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pp.14-14
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2010
Vitamin C (ascorbic acid) is an essential component for collagen biosynthesis and also for the proper functioning of the cardiovascular system in humans. Unlike most of the animals, humans lack the ability to synthesize ascorbic acid on their own due to a mutation in the gene encoding the last enzyme of ascorbate biosynthesis. As a result, vitamin C must be obtained from dietary sources like plants. In this study, we have developed two different kinds of transgenic potato plants (Solanumtuberosum L. cv. Taedong Valley) overexpressing strawberry GalUR and mouse GLoase gene under the control of CaMV 35S promoter with increased ascorbic acid levels. Integration of the these genes in the plant genome was confirmed by PCR and Southern blotting. Ascorbic acid(AsA) levels in transgenic tubers were determined by high-performance liquid chromatography(HPLC). The over-expression of these genes resulted in 2-4 folds increase in AsA intransgenic potato and the levels of AsA were positively correlated with increased geneactivity. The transgenic lines with enhanced vitamin C content showed enhanced tolerance to abiotic stresses induced by methyl viologen(MV), NaCl or mannitol as compared to untransformed control plants. The leaf disc senescence assay showed better tolerance in transgenic lines by retaining higher chlorophyll as compared to the untransformed control plants. Present study demonstrated that the over-expression of these gene enhanced the level of AsA in potato tubers and these transgenics performed better under different abiotic stresses as compared to untransformed control. We have also investigated the mechanism of the abiotic stress tolerance upon enhancing the level of the ascorbate in transgenic potato. The transgenic potato plants overexpressing GalUR gene with enhanced accumulation of ascorbate were investigated to analyze the antioxidants activity of enzymes involved in the ascorbate-glutathione cycle and their tolerance mechanism against different abiotic stresses under invitro conditions. Transformed potato tubers subjected to various abiotic stresses induced by methyl viologen, sodium chloride and zinc chloride showed significant increase in the activities of superoxide dismutase(SOD, EC 1.15.1.1), catalase, enzymes of ascorbate-glutathione cycle enzymes such as ascorbate peroxidase(APX, EC 1.11.1.11), dehydroascorbate reductase(DHAR, EC 1.8.5.1), and glutathione reductase(GR, EC 1.8.1.7) as well as the levels of ascorbate, GSH and proline when compared to the untransformed tubers. The increased enzyme activities correlated with their mRNA transcript accumulation in the stressed transgenic tubers. Pronounced differences in redox status were also observed in stressed transgenic potato tubers that showed more tolerance to abiotic stresses when compared to untransformed tubers. From the present study, it is evident that improved to lerance against abiotic stresses in transgenic tubers is due to the increased activity of enzymes involved in the antioxidant system together with enhanced ascorbate accumulated in transformed tubers when compared to untransformed tubers. At moment we also investigating the role of enhanced reduced glutathione level for the maintenance of the methylglyoxal level as it is evident that methylglyoxal is a potent cytotoxic compound produced under the abiotic stress and the maintenance of the methylglyoxal level is important to survive the plant under stress conditions.
Zhang, Ying;Ma, Ruiqiang;Zhao, Zhonglin;Zhou, Zhengfu;Lu, Wei;Zhang, Wei;Chen, Ming
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.20
no.7
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pp.1156-1162
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2010
During ethanol fermentation, bacterial strains may encounter various stresses, such as ethanol and acid shock, which adversely affect cell viability and the production of ethanol. Therefore, ethanologenic strains that tolerate abiotic stresses are highly desirable. Bacteria of the genus Deinococcus are extremely resistant to ionizing radiation, ultraviolet light, and desiccation, and therefore constitute an important pool of extreme resistance genes. The irrE gene encodes a general switch responsible for the extreme radioresistance of D. radiodurans. Here, we present evidence that IrrE, acting as a global regulator, confers high stress tolerance to a Zymomonas mobilis strain. Expression of the gene protected Z. mobilis cells against ethanol, acid, osmotic, and thermal shocks. It also markedly improved cell viability, the expression levels and enzyme activities of pyruvate decarboxylase and alcohol dehydrogenase, and the production of ethanol under both ethanol and acid stresses. These data suggest that irrE is a potentially promising gene for improving the abiotic stress tolerance of ethanologenic bacterial strains.
Yoo, Sung-Je;Weon, Hang-Yeon;Song, Jaekyeong;Sang, Mee Kyung
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.29
no.7
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pp.1124-1136
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2019
Salinity is one of the major abiotic stresses that cause reduction of plant growth and crop productivity. It has been reported that plant growth-promoting bacteria (PGPB) could confer abiotic stress tolerance to plants. In a previous study, we screened bacterial strains capable of enhancing plant health under abiotic stresses and identified these strains based on 16s rRNA sequencing analysis. In this study, we investigated the effects of two selected strains, Bacillus aryabhattai H19-1 and B. mesonae H20-5, on responses of tomato plants against salinity stress. As a result, they alleviated decrease in plant growth and chlorophyll content; only strain H19-1 increased carotenoid content compared to that in untreated plants under salinity stress. Strains H19-1 and H20-5 significantly decreased electrolyte leakage, whereas they increased $Ca^{2+}$ content compared to that in the untreated control. Our results also indicated that H20-5-treated plants accumulated significantly higher levels of proline, abscisic acid (ABA), and antioxidant enzyme activities compared to untreated and H19-1-treated plants during salinity stress. Moreover, strain H20-5 upregulated 9-cisepoxycarotenoid dioxygenase 1 (NCED1) and abscisic acid-response element-binding proteins 1 (AREB1) genes, otherwise strain H19-1 downregulated AREB1 in tomato plants after the salinity challenge. These findings demonstrated that strains H19-1 and H20-5 induced ABA-independent and -dependent salinity tolerance, respectively, in tomato plants, therefore these strains can be used as effective bio-fertilizers for sustainable agriculture.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2017.06a
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pp.150-150
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2017
Plants suffer from various abiotic stresses among them; soil salinity is one of major adverse factor in declining agricultural productivity. So, development of salt stress tolerance crops have potential role to increase crop production. The RING finger proteins are known to play crucial roles in abiotic stress environment to plants. In this study, we identified one Salt-responsive Really${\underline{I}nteresting}$${\underline{n}ew}$${\underline{g}ene}$ (RING) E3 ubiquitin ligase gene OsSIRF1 from rice root tissues during salt stress and studied its molecular function. Expression of OsSIRF1 was induced under various abiotic stress conditions, including salt, heat, drought, and ABA. Result of an in vitro ubiquitination assay clearly showed that OsSIRF1 Possess an E3 ligase activity. Moreover, OsSIRF1 was found to be localized to the nucleus within the cell. Heterogeneous overexpression of OsSIRF1 in Arabidopsis improved seed germination and increased root length under salt and Manitol stress conditions. Taking together, these results suggested that OsSIRF1 may be associated with plant responses to abiotic stressors and positively regulates salt and osmotic stress environment.
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.
C3HC4-type RING zinc finger proteins essential in the regulation of plant processes, including responses to abiotic stresses. We previously isolated and examined the C3HC4-type RING zinc finger protein (BrRZFP1) from Brassica rapa under abiotic stresses. To elucidate the role of the BrRZFP1 transcription factor in gene regulation, we transformed tobacco plants with the BrRZFP1 gene. Plants were regenerated from 82 independently transformed callus lines of tobacco and analysed for transgene expression. Transgene integration and expression was confirmed by Southern and RT-PCR analyses, respectively. T2 plants displayed more tolerance to the bacterial pathogens Pectobacterium carotovorum and Ralstonia solanacearum, and the tolerance levels were correlated with BrRZFP1 expression levels. These results suggest that the transcription factor BrRZFP1 is an important determinant of stress response in plants and its overexpression in plants could increase biotic stress resistance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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